JP2964240B2 - 半導体メモリ装置のチャージポンプ回路 - Google Patents

半導体メモリ装置のチャージポンプ回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリ装置
から昇圧電圧(VPP)を発生する回路に係るもので、
詳しくは、低電圧が供給される場合は迅速な電荷供給を
充足させると共に高電圧が供給される場合は適当量の電
荷を供給して消費電力量を低減し得る半導体メモリ装置
のチャージポンプ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体メモリ装置のチャージポン
プ回路においては、図8に示したように、イネーブル信
号の入力により発振動作を行って所定周期のパルスを発
生するオシレータ1011と、該オシレータ1011か
ら発生されたパルスの電位が所定値以下であるとき所定
電位に固定する第1,第2クランプ1012,1014
と、前記オシレータ1011と前記各第1,第2クラン
プ1012,1014間に夫々並列接続され前記オシレ
ータ11から出力されたパルスの電位を所望の電圧に増
加させる各キャパシタ1013,1015と、前記キャ
パシタ1013の出力がドレイン端子に入力され前記キ
ャパシタ1015の出力がゲート端子に入力されソース
端子は出力ノード1017に接続された出力トランジス
タ1016と、前記出力ノード1017と電源電圧端
(VCC)間に接続されパワーアップのときに出力ノー
ドをプリチャージ(PRECHARGE )するプルアップトラン
ジスタ1018と、前記出力ノード1017と前記オシ
レータ1011間に接続され前記出力ノード17から過
電圧が検出されると前記オシレータ1011の動作を停
止させる過電圧検出部1019と、から構成されてい
た。
【0003】このように構成された従来の半導体メモリ
装置のチャージポンプ回路の作用について説明すると次
のようであった。まず、初期のパワーアップのとき、電
源電圧端から電源電圧(VCC)がプルアップトランジ
スタ1018に供給されると、該プルアップトランジス
タ1018からスレッシュホールド電圧(Vt)だけ電
圧降下された電圧(VCC−Vt)が、出力ノード10
17をプリチャージすると共に、過電圧検出部1019
に供給される。
【0004】このとき、該過電圧検出部1019で感知
される電圧は前記電源電圧(VCC)より低い電圧(V
CC−Vt)を維持するため、前記過電圧検出部101
9はオシレータ11にイネーブル信号(EN)を発生し
て該オシレータ1011を動作させ、よって、オシレー
タ1011から周期的なパルスが発生される。前記オシ
レータ1011から発生したパルスが低電位である場合
は、第1,第2クランプ1012,1014は出力トラ
ンジスタ1016のドレイン端子及びゲート端子の電圧
が電源電圧(VCC)以下に降下しないように所定電位
値を出力する。
【0005】また、前記オシレータ11から発生したパ
ルスが高電位である場合、第1,第2クランプ101
2,1014は動作せず、各キャパシタ1013,10
15がポンピング動作を行って、前記出力トランジスタ
1016のドレイン端子及びゲート端子の電圧を2VC
Cに形成し、よって、前記出力トランジスタ1016が
ターンオンされ、該出力トランジスタ1016のスレッ
シュホールド電圧(Vt)だけ降下された電圧(2VC
C−Vt)が該出力トランジスタ1016のソース端子
(Vccw)に出力され、該電圧(2VCC−Vt)は
出力ノード1017を通って必要とするメモリセルに供
給される。
【0006】このとき、前記過電圧検出部1019は出
力ノード1017の電圧を感知し、その感知結果により
前記オシレータ1011を制御する動作が所定電位Vp
p[=(VCC+Vt)]に至るまで繰返され、過電圧
が検出されると前記過電圧検出部1019は前記オシレ
ータ1011の動作を停止させる。そして、出力端のラ
インキャパシタ1020及び負荷のキャパシタ1021
は、昇圧された電圧出力を負荷に提供するために、前記
出力トランジスタ1016によりスイッチングされた出
力と協動(cooperate )し、デカップリング(decoupli
ng)キャパシタ1022は安定した昇圧出力を提供する
ために、チャージポンプと協動する。
【0007】また、チャージポンプにより提供された電
圧が不適当な値であるとき、前記プルアップトランジス
タ1018はチャージポンプを効果的にバイパスさせる
が、この場合、プルアップトランジスタ1018はVc
cw<(VCC−Vt)であると動作(オン)し、Vc
cw>(VCC−Vt)になると停止(オフ)する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された従来の半導体メモリ装置のチャージポン
プ回路においては、ポンピングの動作時に、出力トラン
ジスタ1016のドレイン端子及びゲート端子の電圧は
2VCCであるが、出力ノードの電圧は前記出力トラン
ジスタ1016のスレッシュホールド電圧だけ降下され
た電圧(2VCC−Vt)であるため、該出力トランジ
スタ1016のドレイン端子の電荷が前記出力ノード1
7に充分に伝送されない現象が発生し、よって、低電圧
でのポンピング効率が低下して、半導体メモリ装置の動
作が不安定になるという不都合な点があった。
【0009】本発明の目的は、チップの外部から供給さ
れる電源電圧(VDD)、又はチップの内部電圧(Vi
nt)を用いて昇圧電圧(VPP)を生成し、該生成さ
れた昇圧電圧を損失なしに負荷の出力ノードに出力し得
る半導体メモリ装置のチャージポンプ回路を提供しよう
とするものである。また、本発明の別の目的は、ポンピ
ングの効率を向上させて、低電圧時に負荷の出力ノード
に迅速に電荷を供給し安定した動作を行い得る半導体メ
モリ装置の高効率チャージポンプ回路を提供しようとす
るものである。
【0010】また、本発明のさらに別の目的は、高電圧
時に負荷の出力ノードに適当量の電荷を供給して、省エ
ネルギーを図り得る半導体メモリ装置のチャージポンプ
回路を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、入力電源電圧が所定電圧に増大すると高電圧
検出信号(HVDET)を出力する高電圧検出部と、パ
ワーアップ後の昇圧された出力電圧(VPP)を感知し
て該出力電圧が所定電圧以下に低下すると駆動信号(L
ON)を出力するレギュレータと、該レギュレータから
入力する駆動信号(LON)により駆動され、外部入力
信号(RASB)信号によりトリガされてラスパルス信
号(RASP)を出力するコントローラと、前記レギュ
レータから駆動信号(LON)を入力すると発振動作を
行い所定周期の発振パルス信号(OSCH)を出力する
オシレータと、前記コントローラのラスパルス信号(R
ASP)又は前記オシレータの発振パルス信号(OSC
H)が入力すると所望する昇圧電圧(VPP)までポン
ピング動作を行い前記高電圧検出部から高電圧検出信号
(HVDET)を入力するとポンピング動作を停止する
チャージポンプと、初期パワーアップ時の昇圧電圧(V
PP)を所定の電位(VDD−Vt) にプリチャージさ
せるプルアップトランジスタと、最終出力端に接続され
電荷量の蓄積及びデカップリング(Decoupling)を行う
デカップリングキャパシタと、を含んで構成されること
を特徴とする。
【0012】また、請求項2に係る発明は、前記高電圧
検出部は、パワーアップのとき基準電圧を発生する基準
電圧発生部と、入力電源電圧(VDD)のレベルを検出
するレベル検出部と、該レベル検出部の検出信号を所定
時間の間遅延させて出力タイミングを調節する遅延処理
部と、から構成されたことを特徴とする。
【0013】また、請求項3に係る発明は、前記チャー
ジポンプは、ラスパルス信号(RASP)、又は発振パ
ルス信号(OSCH)のレベル状態により任意のパルス
幅を有する第1乃至第5パルスを生成して出力するパル
スタイミング制御部と、該パルスタイミング制御部から
発生されるパルスのレベル状態によりポンピング動作を
行って所望の電圧を出力する第1乃至第4ポンピングキ
ャパシタと、前記パルスタイミング制御部から発生され
る第3乃至第5パルスが入力されダブルブースティング
(DOUBLE BOOSTING )を行って所望するレベルに形成
し、前記ハイレベルの高電圧検出信号(HVDET)が
入力するとダブルブースティング動作を停止するダブル
ブースター回路と、初期パワーアップ時の前記第1ポン
ピングキャパシタの出力ノードを所定の電位(VDD−
Vt) に維持するプルアップトランジスタと、前記第1
ポンピングキャパシタの出力ノードと第3ポンピングキ
ャパシタの出力ノードとの間に接続され前記第1ポンピ
ングキャパシタの出力ノードの電圧をクランピングして
前記第3ポンピングキャパシタの出力ノードを所定電圧
に維持する第1クランプと、前記第1ポンピングキャパ
シタの出力ノードと前記第4ポンピングキャパシタの出
力ノードとの間に接続され前記第1ポンピングキャパシ
タの出力ノードの電圧をクランピングして前記第4ポン
ピングキャパシタの出力ノードを所定電圧に維持する第
2クランプと、高電圧の電源電圧(VDD)が入力する
とき所定電圧にクリッピング(clipping)し、前記各第
1、第4ポンピングキャパシタの夫々の出力ノードを前
記クリッピングした電圧に一定に維持する第1,第2ク
リッパーと、ポンピング初期に第2ポンピングキャパシ
タの出力ノードをVDD電位に維持するMOSトランジ
スタと、ブースティングされたときの前記第2ポンピン
グキャパシタの出力ノードの電荷を負荷の出力ノード
に夫々伝達する第1、第2出力トランジスタと、を含ん
で構成されたことを特徴とする。
【0014】また、請求項4に係る発明は、前記パルス
タイミング制御部は、入力するラスパルス信号(RAS
P)及び発振パルス信号(OSCH)を受けて否定論理
和し第5パルス信号を生成してダブルブースター回路に
出力するNORゲートと、該NORゲートの出力パルス
を反転する第1NOTゲートと、該第1NOTゲートの
出力信号を所定時間の間遅延させて出力する第1、第2
遅延器と、それら第1、第2遅延器及び前記第1NOT
ゲートを経由して遅延されたパルス信号を論理組合して
第1パルス信号を生成し、該第1パルス信号を第1ポン
ピングキャパシタに出力する第1パルス生成部と、前記
第1遅延器を経由した信号のタイミングを調節し、前記
第1パルス信号とは反対位相を有する第2パルス信号を
生成して第2ポンピングキャパシタに出力する第2パル
ス生成部と、前記第1NOTゲート及び前記各第1、第
2遅延器を経由したパルス信号を夫々論理組合して第
3、第4パルス信号を生成し、該生成された信号中、前
記第3パルス信号は第3ポンピングキャパシタに出力
し、第4パルス信号はダブルブースター回路に出力する
第3パルス生成部と、から構成されたことを特徴とす
る。
【0015】また、請求項5に係る発明は、前記ダブル
ブースター回路は、前記パルスタイミング制御部から出
力される第4パルス信号を次の段に伝送するパルス伝送
部と、前記パルスタイミング制御部から出力される第5
パルス信号と前記パルス伝送部を経由して伝送されたパ
ルス信号とを論理組合し、該組合した信号をレベルシフ
ター駆動信号として出力する駆動信号出力部と、該駆動
信号出力部のレベルシフター駆動信号により駆動されロ
ーレベルのパルス信号を出力するレベルシフターと、該
レベルシフターの出力により動作し昇圧電圧を調節する
昇圧電圧調節部と、入力される高電圧検出信号によりパ
ルスタイミング制御部のパルス信号をパルス伝送部及び
駆動信号出力部に伝送、又は遮断するパルス入力制御部
と、から構成されたことを特徴とする。
【0016】
【発明の効果】本発明に係る半導体メモリ装置のチャー
ジポンプ回路においては、チャージポンプを用いて電荷
を伝送するとき、出力トランジスタのゲート電圧を電源
電圧(VDD) に対し、2VDD+Vt電圧以上にさせ
て出力トランジスタのドレイン電圧2VDDを全て昇圧
電圧として出力するようになっているため、電荷供給の
効率を向上させ、特に低電圧が供給されるときには迅速
に電荷を供給し、又、高電圧が供給されるときには適当
量の電荷が供給されるように制御して、省エネルギ化を
図り得るという効果がある。
【0017】また、前記チャージポンプをダブルブース
ター回路を用いて構成することにより、電荷を伝送する
とき、出力トランジスタを2個に分離して出力する昇圧
電圧の消耗を減らすことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対
し、図面を用いて説明する。本発明の第1実施形態に係
る半導体メモリ装置のチャージポンプ回路は、図1に示
したように、高電圧検出部21と、レギュレータ22
と、コントローラ23と、オシレータ24と、チャージ
ポンプ25と、プルアップトランジスタ26と、デカッ
プリングキャパシタ27と、を備えて構成されている。
【0019】高電圧検出部21は、入力する電源電圧が
所定電圧に増大すると高電圧検出信号(HVDET)を
出力する。レギュレータ22は、パワーアップ後の昇圧
された出力電圧(VPP)を感知して該出力電圧が所定
電圧以下に低下すると、駆動信号としてのハイレベルの
オン信号(LON)を出力する。
【0020】コントローラ23は、該レギュレータ22
から入力する前記ハイレベルのオン信号(LON)によ
り駆動され、チップの外部から入力するラスバー(RA
SB:ROW ACCESS STROBE BAR )信号のエッジによりト
リガされてハイレベルのラスパルス信号(RASP)を
出力する。オシレータ24は、前記レギュレータ22か
らハイレベルのオン信号(LON)が入力すると発振動
作を行い所定周期の発振パルス信号(OSCH)を出力
する。
【0021】チャージポンプ25は、前記コントローラ
23のラスパルス信号(RASP)及び前記オシレータ
24の発振パルス信号(OSCH)が入力すると所望す
る昇圧電圧(VPP)までポンピング動作を行い前記高
電圧検出部21からハイレベルの高電圧検出信号(HV
DET)が入力するとポンピング動作を停止する。プル
アップトランジスタ26は、初期パワーアップ時の昇圧
電圧(VPP)を所定の電位(VDD−Vt) にプリチ
ャージさせる。
【0022】デカップリングキャパシタ27は、最終出
力端に接続され電荷量の蓄積及びデカップリング(Deco
upling;緩衝)を行う。そして、前記高電圧検出部21
は、図2に示したように、パワーアップ時に基準電圧を
発生する基準電圧発生部200aと、入力電源電圧(V
DD)のレベルを検出するレベル検出部200bと、該
レベル検出部200bの検出信号を所定時間の間夫々遅
延させ高電圧検出信号(HVDET)を出力する第1乃
至第4反転部200c〜200fと、から構成されてい
る。
【0023】また、前記チャージポンプ25は、図3に
示したような、各回路部分によって構成されている。即
ち、パルスタイミング制御部40は、ラスパルス信号
(RASP)又は発振パルス信号(OSCH)のレベル
状態により任意のパルス幅を有する第1乃至第5パルス
40a〜40eを生成する。
【0024】第1乃至第4ポンピングキャパシタ41〜
44は、該パルスタイミング制御部40から出力される
パルスのレベルによりポンピング動作を行って所望の電
圧を出力する。ダブルブースター回路47は、前記パル
スタイミング制御部40から発生された第3乃至第5パ
ルス40c,40d,40eが入力されダブルブーステ
ィング(DOUBLE BOOSTING )を行って所望するレベルに
形成し、ハイレベルの高電圧検出信号(HVDET)が
入力するとダブルブースティング動作を停止する。
【0025】プルアップトランジスタ50は、初期パワ
ーアップ時の前記第1ポンピングキャパシタ41の出力
ノード41aをVDD−Vt電位に維持する。第1クラ
ンプ45は、前記出力ノード41aと第3ポンピングキ
ャパシタ43の出力ノード43aとの間に接続され前記
出力ノード41aの電圧をクランピングして前記出力ノ
ード43aを所定電圧に維持する。
【0026】第2クランプ46は、前記第1ポンピング
キャパシタ41の出力ノード41aと前記第4ポンピン
グキャパシタ44の出力ノード44aとの間に接続され
前記出力ノード41aの電圧をクランピングして前記出
力ノード44aを所定電圧に維持する。第1,第2クリ
ッパー48,49は、高電圧の電源電圧(VDD)を所
定電圧にクリッピング(clipping)し、前記各第1、第
4ポンピングキャパシタ41、44の夫々の出力ノード
41a,44aを一定に維持する。
【0027】MOSトランジスタ53は、ポンピング初
期に第2ポンピングキャパシタ42の出力ノード42a
をVDD電位に維持する。第1,第2出力トランジスタ
51,52は、ブースティングされたときの前記出力ノ
ード42aの電荷を負荷の出力ノードに夫々伝達する。
また、前記第1出力トランジスタ51は、前記第3ポン
ピングキャパシタ43又は第1クランプ45の出力によ
りオン/オフされ、前記第2出力トランジスタ52は、
第4ポンピングキャパシタ44又は第2クランプ46の
出力によりオン/オフされるようになっている。
【0028】ここで、図4に示すように、前記パルスタ
イミング制御部40は、入力するラスパルス信号(RA
SP)及び発振パルス信号(OSCH)を受けて否定論
理和し第5パルス信号40eを生成してダブルブースタ
ー回路47に出力するNORゲート401と、該NOR
ゲート401の出力パルスを反転する第1NOTゲート
402と、該第1NOTゲート402の出力信号を順次
遅延させる第1、第2遅延器403、404と、前記第
2遅延器404及び前記第1NOTゲート402の出力
信号を論理組合して第1パルス信号40aを生成する第
1パルス生成部420と、前記第1遅延器403の出力
信号を反転させ、前記第1パルス信号40aとは反対位
相を有する第2パルス信号40bを生成する第2パルス
生成部430と、前記第1NOTゲート402及び前記
第2遅延器404の出力信号を論理組合して第3、第4
パルス信号40c,40dを生成する第3パルス生成部
440と、から構成されている。
【0029】また、前記第1パルス生成部420は、前
記第1NOTゲート402と、前記第2遅延器404の
出力信号を否定論理和する第1NORゲート405と、
該第1NORゲート405の出力を夫々遅延させる第
2,第3NOTゲート406,407と、から構成され
ている。また、前記第2パルス生成部430は、第1遅
延器403の出力を順次遅延させる第4、第5NOTゲ
ート408,409から構成されている。
【0030】また、前記第3パルス生成部440は、前
記第1NOTゲート402及び前記第2遅延器404の
出力を否定論理積する第1NANDゲート410と、該
第1NANDゲート410の出力を反転する第6NOT
ゲート411と、から構成されている。また、前記ダブ
ルブースター回路47は、前記パルスタイミング制御部
40から出力される第4パルス信号を次の段に伝送する
パルス伝送部47bと、前記パルスタイミング制御部4
0から出力される第5パルス信号40eと前記パルス伝
送部47bを経由して伝送されたパルス信号とを論理組
合し、該組合した信号をレベルシフター駆動信号として
出力する駆動信号出力部47cと、該駆動信号出力部4
7cのレベルシフター駆動信号により駆動されローレベ
ルのパルス信号を出力するレベルシフター480と、該
レベルシフター480の出力により動作し昇圧電圧を調
節する昇圧電圧調節部47dと、入力高電圧検出信号に
よりパルスタイミング制御部40のパルス信号をパルス
伝送部47b及び駆動信号出力部47cに伝送、又は遮
断するパルス入力制御部47aと、から構成されてい
る。
【0031】また、前記パルス伝送部47bは、前記パ
ルスタイミング制御部40から出力される第4パルス信
号40dを所定時間の間遅延する第3遅延器472と、
該第3遅延器472の出力信号を反転する第8NOTゲ
ート473と、該第8NOTゲート473の出力信号と
前記第4パルス信号とを否定論理和する第3NORゲー
ト475と、から構成されている。
【0032】また、前記駆動信号出力部47cは、前記
パルス伝送部47bの出力信号と前記パルスタイミング
制御部40の第4パルス信号とを否定論理和する第4N
ORゲート477と、該第4NORゲート477の出力
信号を反転する第9NOTゲート478と、前記パルス
タイミング制御部40の第5パルス信号と前記第9NO
Tゲート478の出力信号とを否定論理和する第5NO
Rゲート479と、前記第4パルス信号40dと前記パ
ルス伝送部47bの第3遅延器472の出力信号を否定
論理積する第2NANDゲート482と、該第2NAN
Dゲート482の出力信号を反転する第10NOTゲー
ト483と、から構成されている。
【0033】また、前記昇圧電圧調節部47dは、前記
レベルシフター480により制御される1個のPMOS
トランジスタ486と2個のNMOSトランジスタ48
7,488とを直列接続して構成されているまた、前記
パルス入力制御部47aは、高電圧検出信号(HVDE
T)により第4パルス信号と第5パルス信号とを伝送、
又は遮断する第1、第2伝送ゲート471、476と、
前記高電圧検出信号(HVDET)によりオン/オフさ
れ昇圧電圧調節部47dの昇圧電圧を調整するNMOS
トランジスタ485と、から構成されている。
【0034】また、前記第1、第2クランプ45,46
は、電源電圧端(VDD)とポンピングキャパシタの出
力ノードとの間に、1個のNMOSトランジスタのゲー
ト端子が他の1個のNMOSトランジスタのソース端子
に接続されて夫々構成されている。また、前記第1、第
2クリッパー48,49は、電源電圧端(VDD)とポ
ンピングキャパシタの出力ノードとの間に、ドレインと
ゲートとの接続された複数のNMOSトランジスタを夫
々直列接続して構成されている。
【0035】また、前記第1乃至第4ポンピングキャパ
シタ41〜44は、P型キャパシタ及びN型キャパシタ
のいずれか1つを選択して使用することができる。この
ように構成される本発明に係る半導体メモリ装置のチャ
ージポンピング回路の動作を図面を用いて説明すると次
のようである。まず、図1に示したように、初期のパワ
ーアップ(Power-up)のとき、チップの外部から電源電
圧(VDD)が供給されると、最終出力端に出力される
昇圧電圧(VPP)はプルアップトランジスタ26によ
り、図5(A)に示したように、該プルアップトランジ
スタ26のスレッシュホールド(threshold )電圧(V
t)だけ電圧降下されたVDD−Vt電位にプリチャー
ジ(Pre- charge )される。
【0036】次いで、パワーオンされた後、パワーアッ
プ信号(PWRUP)が、図5(B)に示したように、
ハイレベルからローレベルに変化すると、昇圧電圧VP
PがVDD−Vtであるため、レギュレータ23が動作
して、図5(E)に示したように、駆動信号としてハイ
レベルのオン信号(LON)をオシレータ24に出力
し、該オシレータ24はオン信号(LON)の上昇エッ
ジによりトリガされて、図5(F)に示したように、所
定周期を有する発振パルス信号(OSCH)をチャージ
ポンプ25に出力する。このとき前記コントローラ23
に前記レギュレータ22のハイレベルのオン信号(LO
N)が入力すると動作を開始し、外部から入力するラス
バー信号(RASB)が、図5(C)に示したように、
ハイレベルからローレベルに変化すると、図5(D)に
示したように、ハイレベルのラスパルス信号(RAS
P)を前記チャージポンプ25に出力する。
【0037】前記チャージポンプ25は、図5(A)に
示したように、VDD−Vt電位にプリーチャージされ
た昇圧電圧(VPP)がVDD+2Vtの電位になるま
でポンピング動作を行い、該昇圧電圧(VPP)が設定
された電位(VDD+2Vt)に達すると、前記レギュ
レータ22は非駆動信号であるローレベルのオン信号
(LON)を出力し、該オン信号(LON)が入力する
オシレータ24も動作を停止するため、発振パルス信号
(OSCH)が出力せず、よって、該発振パルス信号
(OSCH)信号が入力されないチャージポンプ25は
ポンピング動作を停止する。
【0038】昇圧電圧(VPP)がVDD+2Vtより
低いときは、レギュレータ23が継続してハイレベルの
オン信号(LON)を発生してオシレータ24を動作さ
せ、該オシレータ24は発振パルス信号(OSCH)を
出力し、よって、チャージポンプ25が動作して昇圧電
圧(VPP)をVDD+2Vtまで上昇させる。また、
前記チャージポンプ25がポンピング動作を行って昇圧
電圧がVDD+2Vt電位まで上昇したとしても、ロー
レベルのラスバー信号(RASB)が入力すると、直ち
に前記コントローラ23は該ラスバー信号(RASB)
に同期され、下降エッジ及び上昇エッジのときハイレベ
ルのラスパルス信号(RASP)を前記チャージポンプ
25に出力してポンピング動作を行うようになってい
る。
【0039】更に、高電圧検出部21は入力する電源電
圧(VDD)を検出し、図5(A)に示したように、該
電源電圧(VDD)が任意に設定した電圧に到達する
と、図5(G)に示したように、ハイレベルの高電圧検
出信号(HVDET)を前記チャージポンプ25に出力
し、該チャージポンプ25のダブルブースター回路の動
作を遮断して、ポンピング動作を停止させる。
【0040】前記のようにラスパルス信号(RASP)
及び発振パルス信号(OSCH)が入力され、昇圧電圧
(VPP)がVDD+2Vtになるまでポンピング動作
を行い、又、ハイレベルの高電圧検出信号(HVDE
T)が入力するとポンピング動作を停止するチャージポ
ンプ25に対し、図3、図4、及び図6を用いて説明す
ると次のようである。
【0041】まず、チャージポンプ25にラスパルス信
号(RASP)、又は発振パルス信号(OSCH)が入
力すると、パルスタイミング制御部40はハイ、又はロ
ーレベルの第1乃至第5パルス40a〜40eを出力す
る。即ち、図6(B)に示したように、ローレベルの発
振パルス信号(OSCH)が入力すると前記パルスタイ
ミング制御部40はハイレベルの第1、第4、第5パル
ス信号40a、40d、40e及びローレベルの第2、
第3パルス信号40b、40cを夫々出力する。
【0042】このとき、パワーアップ時のプルアップト
ランジスタ50によりVDD−Vt電位にプリーチャー
ジされた出力ノード41aは第1ポンピングキャパシタ
41のポンピング動作により2VDD−Vt電位まで電
圧が上昇し、該上昇された電圧2VDD−VtはNMO
Sトランジスタ53をターンオンさせ、出力ノード42
aをVDD電位に維持する。
【0043】次いで、前記第1ポンピングキャパシタ4
1の出力ノード41aが2VDD電位に維持されると
き、第1、第2クランプ45、46はクランピング動作
を行い、第3、第4ポンピングキャパシタ43、44の
夫々の出力ノード43a、44aをVDD電位に形成す
るが、前記パルスタイミング制御部40からローレベル
の第2、第3パルス信号40b、40cが入力される第
2、第3ポンピングキャパシタ42、43は動作しな
い。
【0044】次いで、前記発振パルス信号(OSCH)
が、図6(B)に示したように、ローレベルからハイレ
ベルになると、前記パルスタイミング制御部40はハイ
レベル、又はローレベルの第1乃至第5パルス信号40
a〜40eを出力する。即ち、前記第1、第4、第5パ
ルス信号40a、40d、40eはローレベル、前記第
2、第3パルス信号40b、40cはハイレベルの状態
になる。
【0045】従って、NMOSトランジスタ53のター
ンオン(Turn-on )によりVDD電位にプリーチャージ
(PRECHARGE )されていた出力ノード42a及び第1ク
ランプ45によりVDDに維持されていた出力ノード4
3aは、第2、第3ポンピングキャパシタ42、43の
ポンピング動作により、図6(F)及び(H)に示した
ように、2VDD電位に上昇し、出力ノード40fはダ
ブルブースター回路47の動作により、図6(I)に示
したように、数nsec幅を有するVDD−Vt電位の
パルスを出力する。 次いで、数nsec後に、図4に
示したレベルシフター480が動作し、該レベルシフタ
ー480の動作により出力ノード40fがVDD−Vt
電位になることにより、第4ポンピングキャパシタ44
がポンピング動作を行い、よって、出力ノード44aは
VDD電位のプリーチャージ電圧から2VDD+Vt電
位に上昇する。ここで、第1、第2クリッパー48、4
9は各出力ノード41a、44aから設定された電圧よ
り高い電圧が発生されると、設定値以上の電圧を切捨
て、所定電圧を維持する。
【0046】従って、前記各出力ノード42a、43a
は、図6(F)及び(H)に示したように、2VDDレ
ベルに、そして前記出力ノード44aは、図6(J)に
示したように、2VDD+Vtレベルになり、各NMO
Sトランジスタ51、52はターンオンされ、前記出力
ノード42aの電荷を充分にVPPノードに伝送するよ
うになる。
【0047】今までの動作は、ダブルブースター回路4
7に印加する高電圧検出信号(HVDET)がローレベ
ルの状態である場合だったが、VDD電圧が上昇し高電
圧検出部21が設定された電圧に到達するとハイレベル
の高電圧検出信号(HVDET)を出力し、よって、前
記ダブルブースター回路47はダブルブースティング
(DOUBLE BOOSTING )動作を停止する。
【0048】このとき、発振パルス信号(OSCH)が
ローレベルであると、図4に示したように、ダブルブー
スター回路47のパルス入力制御部47aのトランジス
タ485がターンオンされてローレベルのパルス信号4
0cが出力ノード40fに伝達されるため、前記出力ノ
ード40fはローレベルになる。また、発振パルス信号
(OSCH)がハイレベルになっても、前記トランジス
タ485により出力ノード40fがVDD−Vt電位ま
で動作するため、VDD電位にプリチャージされていた
出力ノード44aは第4ポンピングキャパシタ44のポ
ンピング動作により、図6(J)に示したように、2V
DD−Vt電位まで動作する。
【0049】結局、電源電圧VDDが上昇することによ
り第2出力トランジスタ52のゲート端子、即ち、出力
ノード44aの電圧を調整することができるようになっ
てメモリ素子を保護し、安定した動作を行うようにな
る。また、上述した図3の動作過程に対し、図4を参照
してより詳細に説明すると次のようである。
【0050】まず、ラスパルス信号(RASP)及び発
振パルス信号(OSCH)が入力するとパルスタイミン
グ制御部40のNORゲート401が受け否定論理和を
行って、第5パルス信号40eを生成し、ダブルブース
ター回路47に出力する。次いで、該第5パルス信号4
0eは第1NOTゲート402及び第1、第2遅延器4
03、404を夫々経由して反転された後、所定時間遅
延されて出力される。
【0051】このとき、第1パルス生成部420は、前
記第1NOTゲート402の出力信号と前記第2遅延器
404の出力信号とを第1NORゲート405で受け否
定論理和を行い、第2、第3NOTゲート406、40
7を経由して第1パルス信号40aを出力する。そし
て、前記第2パルス生成部430は、前記第1遅延器4
03の出力信号を第4、第5NOTゲート408、40
9で受け、前記第1パルス生成部420から出力された
パルスとは反対位相を有する第2パルス信号40bを生
成して出力する。
【0052】また、第3パルス生成部440は、前記第
1NOTゲート402の出力と前記第2遅延器404の
出力とを第1NANDゲート410で受け、否定論理積
し第4パルス信号40dを生成してダブルブースター回
路47に出力し、前記第4パルス信号40dを第6NO
Tゲート411を経由して反対位相を有する第3パルス
信号40cに形成して出力する。
【0053】結局、ハイレベルの発振パルス信号(OS
CH)が入力すると各パルス信号40a、40d、40
eはローレベル状態になって各パルス信号40b、40
cはハイレベル状態になり、又、ローレベルの発振パル
ス信号(OSCH)が入力すると各パルス信号40a、
40d、40eはハイレベル状態になって各パルス信号
40b、40cはローレベル状態になる。
【0054】次いで、ダブルブースター回路47にロー
レベルの高電圧検出信号(HVDET)が入力すると、
パルス入力制御部47aのNMOSトランジスタ485
はターンオフされ、第1、第2伝送ゲート471、47
6はターンオンされるため動作可能な状態になり、前記
第1伝送ゲート471がターンオンされてパルスタイミ
ング調節部40のパルス信号40dが入力される。
【0055】このとき、前記パルス信号40dがローレ
ベルであると、パルス伝送部47bの第3NORゲート
475の一方側に前記パルス信号40dが入力され、前
記第3NORゲート475の他方側には第3遅延器47
2を経て遅延され第8NOTゲート473を経由して反
転されたハイレベルの信号が入力され、前記第3NOR
ゲート475は否定論理和して生成されたローレベルの
信号を第4遅延器481を経由してトランジスタ484
のゲートの供給し、よって、該トランジスタ484はタ
ーンオフ状態になる。
【0056】次いで、駆動信号出力部47cの第4NO
Rゲート477は前記パルス伝送部47bの第3NOR
ゲート475を経由したローレベルの信号と前記第1伝
送ゲート471を経由したローレベルのパルス信号40
dとが入力され否定論理和されハイレベルの信号を生成
し、該ハイレベルの信号を第9NOTゲート478を経
由して反転させローレベルの信号に生成した後、第5N
ORゲート479の一方側に伝送する。このとき、第2
伝送ゲート476を経由して伝送されるローレベルのパ
ルス信号40eは前記第5NORゲート479の他方側
に入力され、一方側に入力されるローレベルの信号と同
時に否定論理和されてハイレベルの信号を出力し、よっ
て、レベルシフター480は動作せず、昇圧電圧調節部
47dのPMOSトランジスタ486はターンオフ状態
になる。
【0057】そして、NMOSトランジスタ487は、
第10NOTゲート483を経由して反転されたハイレ
ベル信号によりターンオンされ、且つ、NMOSトラン
ジスタ488は、第7NOTゲート470で反転された
ハイレベルの高電圧検出信号(HVDET)によりター
ンオンされるため、出力ノード40fはローレベルにな
る。
【0058】次いで、発振パルス信号(OSCH)がロ
ーレベルからハイレベルに変化し各パルス信号40d、
40eもハイレベルに変化すると、第1パルス伝送部4
7bの第3NORゲート475の一方側には第1伝送ゲ
ート471を経由してハイレベルのパルス信号40dが
入力され、他方側には前記第1伝送ゲート471を経由
したハイレベルのパルス信号40dが第3遅延器472
で遅延され第8NOTゲート473により反転されたロ
ーレベルの信号が入力される。
【0059】よって、前記第3NORゲート475は否
定論理和により生成されたローレベルの信号を第4遅延
器481を経てNMOSトランジスタ484のゲートに
提供するため、該NMOSトランジスタ484はターン
オン状態からターンオフ状態になる。このとき、駆動信
号出力部47cの第4NORゲート477は前記第1パ
ルス伝送部47bの第3NORゲート475を経由した
ローレベルの信号と前記第1伝送ゲート471を経由し
たハイレベルの信号とを否定論理和したローレベルの信
号を第9NOTゲート478に出力し、該第9NOTゲ
ート478はローレベルの信号をハイレベルに反転させ
て第5NORゲート479の一方側に提供し、該第5N
ORゲート479は前記第2伝送ゲート476を経由し
たハイレベルのパルス信号40eを他方側から入力され
て否定論理和を行ってローレベル信号に生成してレベル
シフター480に提供すると、該レベルシフター480
はローレベルのパルス信号をPMOSトランジスタ48
6のゲートに出力する。
【0060】このとき、NMOSトランジスタ487は
第2NANDゲート482と第10NOTゲート483
とによりターンオフ状態になり、よって、前記PMOS
トランジスタ486がターンオンされるため、出力ノー
ド40fは前記NMOSトランジスタ484の瞬間的な
ターンオンによる電圧(VDD)から前記PMOSトラ
ンジスタ486のスレッシュホールド電圧(Vt)を減
算したVDD−Vt電位を維持する。
【0061】次いで、高電圧検出信号(HVDET)が
ローレベルからハイレベルに変化すると、第1伝送ゲー
ト471及び第2伝送ゲート476がターンオフされる
ため、パルス伝送部47b及び駆動信号出力部47cは
駆動せず、入力パルス制御部47aのNMOSトランジ
スタ485がターンオンされる。このとき、パルス信号
40cがローレベルであると出力ノード40fはローレ
ベルの状態になり、パルス信号40cがハイレベルであ
ると出力ノード40fはVDD−Vt電位になる。
【0062】次いで、第1、第2クランプ45、46は
2個のNMOSトランジスタのドレイン端子を共通に電
源電圧端に接続し、ゲート端子は相対側トランジスタの
ドレイン端子に接続して構成し、出力ノード41aの電
位が所定電圧以上であるとクランピングし、各出力ノー
ド43a、44aが夫々所定電圧を維持するようになっ
ている。
【0063】また、前記第1、第2クリッパー48、4
9はドレイン端子とゲート端子とを相互接続するNMO
Sトランジスタを電源電圧端から所定個を直列接続して
構成し、電源電圧(VDD)が高電圧であるとき、設定
された電圧をクリッピングして各出力ノード41a、4
4aを所定電圧に維持する。最後に、高電圧検出部21
に対し図2を用いて説明すると次のようである。
【0064】初期のパワーアップ時、ハイレベルのパワ
ーアップ信号(PWRUP)が入力すると、NMOSト
ランジスタ202がターンオンされ基準電圧発生器20
0aを動作させ、該基準電圧発生器200aは基準電圧
を生成してレベル検出部200bに出力する。次いで、
前記基準電圧によりレベル検出部200bのNMOSト
ランジスタ213がターンオンされ、電源電圧(VD
D)が高電圧であると前記レベル検出部200bの夫々
のダイオード型トランジスタ209〜212を経由して
ハイレベルの信号が検出されて第1反転部200cに出
力される。
【0065】次いで、該第1反転部200cの各PMO
Sトランジスタ216、217がターンオフされ、NM
OSトランジスタ218はターンオンされるため、接地
側VSSにバイパスされてローレベルの信号が第2反転
部200dに供給され、該ローレベルの信号は第2反転
部200dでハイレベルに反転されて第3反転部200
eに供給され、該第3反転部200eのPMOSトラン
ジスタ220はターンオフされ、NMOSトランジスタ
221はターンオンされ、更に、NMOSトランジスタ
222は基準電圧発生部200aの基準電圧によりター
ンオンされるため、第4反転部200fにローレベルの
信号が供給され、よって、該第4反転部200fの夫々
のNOTゲート224〜226を経由してハイレベルの
高電圧検出信号(HVDET)が出力される。
【0066】また、電源電圧(VDD)が低電圧である
と、レベル検出部200bの夫々のダイオード型のトラ
ンジスタ209〜212を経由して検出された信号はロ
ーレベルの信号になり、該ローレベルの信号は第1反転
部200cのNMOSトランジスタ218をターンオフ
させ、各PMOSトランジスタ216、217をターン
オンさせて第2反転部200dにハイレベルの信号を出
力する。
【0067】よって、前記第2反転部200dはハイレ
ベルの信号をローレベルに反転させて第3反転部200
eに出力し、NMOSトランジスタ221をターンオフ
させ、PMOSトランジスタ220をターンオンさせ
て、第4反転部200fにハイレベルの信号を出力し、
該ハイレベルの信号は第4反転部200fの夫々のNO
Tゲート224〜226を経由してローレベルの高電圧
検出信号(HVDET)を出力する。
【0068】以上で説明したように、チップの外部から
供給される電源電圧(VDD)、又はチップの内部電圧
(Vint)を利用しレギュレータ22、オシレータ2
4、高電圧検出部21、及びチャージポンプ25を動作
させ、半導体装置の電源電圧、又は内部電圧が低電圧、
或は高電圧に入力しても所望の昇圧電圧を発生するよう
にする。
【0069】また、本発明の第2実施の形態として、図
7に示したように、前記第1の実施の形態の第1乃至第
4ポンピングキャパシタ41〜44を夫々N型キャパシ
タにて形成し、その他は第1の実施の形態と同様に構成
して使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体メモリ装置のチャージポン
プ回路の第1の実施の形態を示したブロック図。
【図2】図1の高電圧検出部を示した回路図。
【図3】図1のチャージポンプを示したブロック図。
【図4】図3のチャージポンプ各部を示した回路図。
【図5】図1の各部の入出力信号を示した波形図。
【図6】図3の各部の入出力信号を示した波形図。
【図7】本発明の半導体メモリ装置のチャージポンプ回
路の第2の実施の形態を示したブロック図。
【図8】従来の半導体メモリ装置のチャージポンプ回路
を示したブロック図。
【符号の説明】
21 コントローラ 22 高電圧検出部 23 レギュレータ 24 オシレータ 25 チャージポンプ 26 プルアップトランジスタ 27 デカップリングキャパシタ 40 パルスタイミング制御部 41 第1ポンピングキャパシタ 42 第2ポンピングキャパシタ 43 第3ポンピングキャパシタ 44 第4ポンピングキャパシタ 45 第1クランプ 46 第2クランプ 47 ダブルブースター回路 48 第1クリッパー 49 第2クリッパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 3/07 G11C 16/06 G11C 11/408

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力電源電圧が所定電圧に増大すると高電
    圧検出信号(HVDET)を出力する高電圧検出部と、 パワーアップ後の昇圧された出力電圧(VPP)を感知
    して該出力電圧が所定電圧以下に低下すると駆動信号
    (LON)を出力するレギュレータと、 該レギュレータから入力する駆動信号(LON)により
    駆動され、外部入力信号(RASB)信号によりトリガ
    されてラスパルス信号(RASP)を出力するコントロ
    ーラと、 前記レギュレータから駆動信号(LON)を入力すると
    発振動作を行い所定周期の発振パルス信号(OSCH)
    を出力するオシレータと、 前記コントローラのラスパルス信号(RASP)又は前
    記オシレータの発振パルス信号(OSCH)が入力する
    と所望する昇圧電圧(VPP)までポンピング動作を行
    い前記高電圧検出部から高電圧検出信号(HVDET)
    を入力するとポンピング動作を停止するチャージポンプ
    と、 初期パワーアップ時の昇圧電圧(VPP)を所定の電位
    (VDD−Vt) にプリチャージさせるプルアップトラ
    ンジスタと、 最終出力端に接続され電荷量の蓄積及びデカップリング
    (Decoupling)を行うデカップリングキャパシタと、 を含んで構成されることを特徴とする半導体メモリ装置
    のチャージポンプ回路。
  2. 【請求項2】前記高電圧検出部は、パワーアップのとき
    基準電圧を発生する基準電圧発生部と、入力電源電圧
    (VDD)のレベルを検出するレベル検出部と、該レベ
    ル検出部の検出信号を所定時間の間遅延させて出力タイ
    ミングを調節する遅延処理部と、から構成されたことを
    特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置のチャージ
    ポンプ回路。
  3. 【請求項3】前記チャージポンプは、 ラスパルス信号(RASP)、又は発振パルス信号(O
    SCH)のレベル状態により任意のパルス幅を有する第
    1乃至第5パルスを生成して出力するパルスタイミング
    制御部と、 該パルスタイミング制御部から発生されるパルスのレベ
    ル状態によりポンピング動作を行って所望の電圧を出力
    する第1乃至第4ポンピングキャパシタと、 前記パルスタイミング制御部から発生される第3乃至第
    5パルスが入力されダブルブースティング(DOUBLE BOO
    STING )を行って所望するレベルに形成し、前記ハイレ
    ベルの高電圧検出信号(HVDET)が入力するとダブ
    ルブースティング動作を停止するダブルブースター回路
    と、 初期パワーアップ時の前記第1ポンピングキャパシタの
    出力ノードを所定の電位(VDD−Vt) に維持するプ
    ルアップトランジスタと、 前記第1ポンピングキャパシタの出力ノードと第3ポン
    ピングキャパシタの出力ノードとの間に接続され前記
    1ポンピングキャパシタの出力ノードの電圧をクランピ
    ングして前記第3ポンピングキャパシタの出力ノードを
    所定電圧に維持する第1クランプと、 前記第1ポンピングキャパシタの出力ノードと前記第4
    ポンピングキャパシタの出力ノードとの間に接続され前
    第1ポンピングキャパシタの出力ノードの電圧をクラ
    ンピングして前記第4ポンピングキャパシタの出力ノー
    ドを所定電圧に維持する第2クランプと、 高電圧の電源電圧(VDD)が入力するとき所定電圧に
    クリッピング(clipping)し、前記各第1、第4ポンピ
    ングキャパシタの夫々の出力ノードを前記クリッピング
    した電圧に一定に維持する第1,第2クリッパーと、 ポンピング初期に第2ポンピングキャパシタの出力ノー
    ドをVDD電位に維持するMOSトランジスタと、 ブースティングされたときの前記第2ポンピングキャパ
    シタの出力ノードの電荷を負荷の出力ノードに夫々伝
    達する第1、第2出力トランジスタと、 を含んで構成されたことを特徴とする請求項1記載の半
    導体メモリ装置のチャージポンプ回路。
  4. 【請求項4】前記パルスタイミング制御部は、入力する
    ラスパルス信号(RASP)及び発振パルス信号(OS
    CH)を受けて否定論理和し第5パルス信号を生成して
    ダブルブースター回路に出力するNORゲートと、 該NORゲートの出力パルスを反転する第1NOTゲー
    トと、 該第1NOTゲートの出力信号を所定時間の間遅延させ
    て出力する第1、第2遅延器と、 それら第1、第2遅延器及び前記第1NOTゲートを経
    由して遅延されたパルス信号を論理組合して第1パルス
    信号を生成し、該第1パルス信号を第1ポンピングキャ
    パシタに出力する第1パルス生成部と、 前記第1遅延器を経由した信号のタイミングを調節し、
    前記第1パルス信号とは反対位相を有する第2パルス信
    号を生成して第2ポンピングキャパシタに出力する第2
    パルス生成部と、 前記第1NOTゲート及び前記各第1、第2遅延器を経
    由したパルス信号を夫々論理組合して第3、第4パルス
    信号を生成し、該生成された信号中、前記第3パルス信
    号は第3ポンピングキャパシタに出力し、第4パルス信
    号はダブルブースター回路に出力する第3パルス生成部
    と、から構成されたことを特徴とする請求項3記載の半
    導体メモリ装置のチャージポンプ回路。
  5. 【請求項5】前記ダブルブースター回路は、前記パルス
    タイミング制御部から出力される第4パルス信号を次の
    段に伝送するパルス伝送部と、前記パルスタイミング制
    御部から出力される第5パルス信号と前記パルス伝送部
    を経由して伝送されたパルス信号とを論理組合し、該組
    合した信号をレベルシフター駆動信号として出力する駆
    動信号出力部と、該駆動信号出力部のレベルシフター駆
    動信号により駆動されローレベルのパルス信号を出力す
    るレベルシフターと、該レベルシフターの出力により動
    作し昇圧電圧を調節する昇圧電圧調節部と、入力される
    高電圧検出信号によりパルスタイミング制御部のパルス
    信号をパルス伝送部及び駆動信号出力部に伝送、又は遮
    断するパルス入力制御部と、から構成されたことを特徴
    とする請求項3記載の半導体メモリ装置のチャージポン
    プ回路。
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