JP3578248B2 - Semiconductor booster circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置における昇圧回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体集積回路、たとえばフラッシュEEPROMでは、書込みや消去あるいは読出しの際に正の高電圧や負の高電圧など様々な電圧の電源を必要とする。
【0003】
しかし、一方で低消費電力化、単一電源化が促進されており、そのような状況下から、たとえば、単一電源化を図るために外部の電源電圧を内部を設けた回路によって昇圧するようにしたものが提供されている。
【0004】
このような外部の電源電圧を内部で昇圧させる半導体昇圧回路として、たとえば、図4に示すようなチャージポンプ型昇圧回路が知られている。なお、図4のチャージポンプ型昇圧回路は正昇圧回路である。
【0005】
図4に示すチャージポンプ型昇圧回路は、基本的には、昇圧用のクロックCLK1,CLK2を入力してチャージポンプ手段を構成する各ポンプブロック11〜1nの段数に応じて電源電圧Vddから昇圧された所定の電圧Vppを出力端子6から得るものであって、ダイオードD1〜Dnが直列接続され、各々のダイオードD1〜Dnのカソードに対しては、昇圧用の容量性素子C1〜Cnを介してクロック生成手段1から生成される昇圧用の2つのクロックCLK1、CLK2が供給されるようになっている。
【0006】
この場合の昇圧用のクロックCLK1,CLK2は、容量性素子C1〜Cnの内、図中奇数番目に相当する容量性素子C1,C3,…に対しては一方のクロックCLK1が、また、図中偶数番目に相当する容量性素子C2,C4,…に対しては、他方のCLK2がそれぞれ供給される。両クロックCLK1,CLK2は、同じ周波数でかつ位相が互いに逆であって、両クロックCLK1,CLK2は共にLレベルのときはGNDレベルに、Hレベルのときは電源電圧のVddレベルとなるように設定されている。また、最終段のダイオードDoおよび容量性素子Coは整流用素子であって、出力電圧Vppを整流する出力整流手段4を構成している。
【0007】
以下、図4に示すチャージポンプ回路の動作について詳しく説明する。
【0008】
まず、一方のクロックCLK1がLレベル、他方のクロックCLK2がHレベルのとき、ダイオードD1には順バイアスが加わって容量性素子C1が充電されるので、初段のポンプブロック11のノードN1はVddからダイオードD1の電圧降下分(=Vd)を引いた電位(=Vdd−Vd)になる。
【0009】
次に、CLK1がHレベルに、CLK2がLレベルになると、ノードN1の電位は(Vdd−Vd)からVdd分だけ昇圧されて(2Vdd−Vd)の電位となる。また、このとき、次段のポンプブロック12のダイオードD2に順バイアスが加わって容量性素子C2が充電されるので、そのノードN2の電位は、前段のポンプブロック11のノードN1の電位からダイオードD2による電圧降下分(=Vd)を差し引いた(2Vdd−Vd)−Vd=2(Vdd−Vd)の値となる。
【0010】
続いて、CLK1がLレベル、CLK2がHレベルになると、ノードN2の電位は2(Vdd−Vd)からVdd分だけ昇圧した(3Vdd−2Vd)となる。また、このとき、次段のポンプブロック13のダイオードD3には順バイアスが加わって容量性素子C3が充電されるので、そのノードN3の電位は、その前段のノードN2の電位からダイオードD3による電圧降下分(=Vd)を引いた(3Vdd−2Vd)−Vd=3(Vdd−Vd)の値となる。
【0011】
以下、同様の動作を繰り返すことにより、各ポンプブロック11〜1nの段数分だけ昇圧され、n段目のポンプブロック1nのノードNnの電位は、n・(Vdd−Vd)となる。そして、出力端子6で得られる最終的な出力電圧Vppは、出力整流手段4でノードNnの電位をピークホールドするので、Vpp=(n+1)・(Vdd−Vd)となる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図4に示すチャージポンプ型昇圧回路は、外部の電源電圧Vddがノイズなどにより振れて、その値Vddが低下した場合、これに応じて出力電圧Vppも低下して所望の電圧を出力できないという問題がある。
【0013】
また、逆に、外部の電源電圧Vddが上昇した場合には、必要以上に出力電圧Vppも上昇し、消費電力の面から不利になるという問題がある。
【0014】
さらに、出力電圧Vppが上がり過ぎた場合、PNジャンクションダイオードのブレイクダウン電圧を越えて特性を悪化させるという問題もある。
【0015】
これに加えて、半導体装置においては、多数の昇圧電圧が必要な場合があるが、そのときには、それぞれの昇圧電圧毎にチャージポンプ型昇圧回路が必要となり、実装面積およびコスト面から不利になるという問題がある。
【0016】
本発明は、このような問題点を解消するためのもので、低消費電力、低コストの半導体昇圧回路を提供することを課題とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明、上記の課題を解決するために、次の手段を講じている。
【0018】
請求項1記載に係る半導体昇圧回路は、昇圧用クロックにより容量性素子の充放電を行うことで昇圧動作を行うポンプブロックの複数個が直列に接続されて昇圧電圧を生成するチャージポンプ手段と、前記チャージポンプ手段を構成する前記ポンプブロック毎に前記昇圧用クロックの供給を制御することが可能なクロック生成手段と、前記チャージポンプ手段におけるポンプブロックの出力の内、少なくとも1つの出力を整流用ダイオードを介して容量性素子に接続してなる出力整流手段と、を備え、前記出力整流手段から所望の昇圧電圧を得るために、前記クロック生成手段は、前記昇圧クロックを、前記チャージポンプを構成する前記ポンプブロックの後段から供給を停止し、動作する前記ポンプブロックの段数を調整することを特徴としている。
【0019】
請求項2記載に係る半導体昇圧回路は、請求項1記載の構成において、前記出力整流手段の出力電圧を検出し、これに基づいて前記クロック生成手段による前記昇圧用クロックの供給を制御する電圧検出手段を備えることを特徴としている。
【0020】
請求項3記載に係る半導体昇圧回路は、請求項1または請求項2記載の構成において、前記出力整流手段の出力側に、この出力整流手段の出力電圧を降圧して安定化するレギュレータ回路を少なくとも一つを接続したことを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0022】
(実施の形態1)
図1は、この実施の形態1に係る半導体昇圧回路、特にここではチャージポンプ型昇圧回路を示す回路図であり、図4に示した従来例に対応する部分には、同一の符号を付す。
【0023】
この実施の形態1においても、ダイオードD1〜Dnが直列接続され、各々のダイオードD1〜Dnのカソードに対しては昇圧用の容量性素子C1〜Cnが接続されて複数のポンプブロック11〜1nからなるチャージポンプ手段10が構成されている点は、図4に示した従来例の場合と同じである。
【0024】
この実施の形態1の特徴は、各ポンプブロック11〜1nの出力がそれぞれ整流用ダイオードDo1〜Donを介して単一の出力端子6に接続されて出力整流手段4が構成されている。しかも、クロック生成手段2からは、各ポンプブロック11〜1nの個数に応じた昇圧用の各クロックCLK1〜CLKnが発生され、各クロックCLK1〜CLKnがそれぞれ個別に各ポンプブロック11〜1nに与えられていることである。
【0025】
この場合、クロック生成手段2から出力される昇圧用の各クロックCLK1〜CLKnの内、偶数番目のクロックCLK2,CLK4,…と、奇数番目のクロックCLK1,CLK3,…とは、同じ周波数でかつ位相が互いに逆であって、各クロックCLK1〜CLKnは、共にLレベルのときはGNDレベルに、Hレベルのときは電源電圧のVddレベルとなるように設定されている。
【0026】
以上のように構成された半導体昇圧回路の動作について説明する。
【0027】
クロック生成手段2から昇圧用のクロックCLK1〜CLKnが全て出力されている通常の場合は、図4に示した構成の従来のチャージポンプ型昇圧回路と同様に、出力端子6で得られる出力電圧Vppは、最終的に(n+1)・(Vdd−Vd)となる。
【0028】
ただし、このような最終的な出力電圧Vpp=(n+1)・(Vdd−Vd)に到達するまでの過渡的な動作は、図4に示した従来回路の場合の動作と若干異なっている。
【0029】
すなわち、出力電圧Vppが低い場合、まず、ポンプブロック11のノードN1からダイオードDo1を介して出力端子6にVppに電荷を供給する。
【0030】
出力端子6の電位Vppが徐々に上がっていくと、ダイオードDo1は逆バイアスとなるため、その動作が停止する。
【0031】
その後、ノードN1より昇圧されるノードN2からダイオードDo2を介してVppに電荷を供給する。出力端子6の電位Vppが徐々に上がっていくと、ダイオードDo2は逆バイアスとなるため、その動作が停止する。
【0032】
以上の動作を繰り返し、出力端子6の最終的な出力電圧Vppは(n+1)・(Vdd−Vd)となる。
【0033】
ここで、たとえば、ある動作モードで出力電圧Vppとしてn・(Vdd−Vd)の電圧が必要となった場合を考えると、このときには、図外のマイクロコンピュータ等の制御回路からクロック制御信号を与えて、クロック生成手段2から出力されている昇圧用のクロックCLK1〜CLKnの内、n段目のポンプブロック1nに供給されているクロックCLKnの出力のみを停止する。
【0034】
すると、このポンプブロック1nにおける昇圧動作が停止するが、それより前段側にある各ポンプブロック11〜1n−1にはクロックCLK1〜CLKn−1が継続的に加えられているので、(n−1)段目のポンプブロック1n−1のノードNn−1の電位は昇圧されて(n−1)・(Vdd−Vd)となる。
【0035】
このとき、Don−1とCoからなる整流回路によってこの(n−1)段目のポンプブロック1n−1のノードNn−1の電位をピークホールドするので、出力端子6で得られる最終的な出力電圧Vppは、n・(Vdd−Vd)となる。なお、この場合、他の整流用ダイオードDo1〜Don−2は逆バイアスとなるので動作はしない。
【0036】
これから分かるように、クロック番号の大きな昇圧用クロックから順次クロック出力を停止していくことで、出力端子6で得られる最終的な出力電圧Vppの電位は下がっていくことになる。
【0037】
つまり、クロック生成手段2からの昇圧用クロックCLK1〜CLKnを供給するか、停止するかを制御することよって、出力電圧Vppの値として(Vdd−Vd)の整数倍の出力を任意に得ることができる。
【0038】
以上のように、この実施の形態1においては、昇圧用クロックの供給制御により、複数の出力電圧を1つのチャージポンプ型昇圧回路で得ることができるため、従来のように、各々所望の昇圧電圧ごとに個別に昇圧回路を設ける必要がなくなる。
【0039】
また、ピーク電圧より低い電圧を出力するとき、クロック番号の大きな昇圧用クロックから順次クロックの供給を止めていくことで最終的な出力電圧Vppの電位は下がって所望の電圧を得ることができる。
【0040】
さらに、このとき不要なクロックを完全に止めることができるので低消費電力化を実現することができる
なお、この実施の形態1では、各ポンプブロック11〜1nの構成素子としてダイオードD1〜Dnを使用し、また、出力整流手段4としてもダイオードDo1〜Donを使用したが、これらのダイオードに代えてMOSトランジスタを用いても同様の効果を得ることができる。また、正昇圧に関して説明したが、ダイオードD1〜Dn,Do1〜Donのアノードとカソードの向きを変えることによって、負昇圧チャージポンプ型昇圧回路を実現できる。
【0041】
また、この実施の形態1で使用したチャージポンプ型昇圧回路は非常に基本的な回路であって、しきい値電圧相殺型や相補型のチャージポンプ型昇圧回路等でも同様の効果を得ることができる。
【0042】
この実施の形態1では昇圧用クロックが各々独立したクロックであったが、複数本まとめても同様の効果を得ることができる。ただし、その場合には、出力電圧を調整できる電圧の数が減ることにはなるが、調整する電圧が少なくなる分、クロックの削減およびクロック配線領域の削減することにより面積的に有利になる。
【0043】
また、整流用ダイオードDo1〜Donを各ポンプブロック11〜1n毎に接続しているが、一部のポンプブロックのみに接続しても同様の効果を得ることができる。ただし、その場合も、出力電圧を調整できる電圧の数が減ることになるが、調整する電圧が少なくなる分、整流用ダイオードを削減することができて面積的に有利になる。
【0044】
(実施の形態2)
図2は、この実施の形態2に係る半導体昇圧回路、特にここではチャージポンプ型昇圧回路を示す回路図であって、図1に示した実施の形態1と対応する部分については同一の符号を付す。
【0045】
この実施の形態2の特徴は、出力端子6に加わる出力電圧Vppを入力してその値を検出し、その検出した信号に基づいてクロック生成手段2を制御する電圧検出手段3が付加されていることである。
【0046】
その他の構成は、図1に示した実施の形態1と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【0047】
以上のように構成された半導体昇圧回路の動作について説明する。
【0048】
図2に示す回路においても、クロック生成手段2から昇圧用のクロックCLK1〜CLKnが全て出力されている通常の場合で、かつ、外部の電源電圧Vddが安定しているときには、実施形態1の場合と同様に、出力端子6で得られる出力電圧Vppは、最終的に(n+1)・(Vdd−Vd)となる。
【0049】
また、昇圧用クロックCLK1〜CLKnの出力をクロック番号の大きな順から停止していくことで、出力電圧Vppの値として(Vdd−Vd)の整数倍の出力を選択的に得ることができる点も実施の形態1の場合と同様である。
【0050】
さらに、この実施の形態2では、次の点に特徴がある。
【0051】
通常、外部の電源電圧Vddは、ノイズや負荷電流が流れることによる電圧降下などで常に変動していると考えられる。
【0052】
ここで、図2の回路での通常動作による出力端子6からの最終的な出力電圧Vppは、(n+1)・(Vdd−Vd)であるから、たとえば、Vd=0.5V、n=6として、Vdd=3VのときはVpp=17.5Vとなり、また、Vdd=3.5VのときはVpp=21Vとなる。つまり、出力電圧Vppは、外部の電源電圧Vddの変動に応じて変動する。
【0053】
そこで、電圧検出手段3により出力電圧Vppの電位を検出し、出力電圧Vppが所望の電圧より高い場合には、クロック番号の大きな昇圧用クロックから順次クロックの供給を止めていくようクロック生成手段2を制御する。このようにすれば、最終的な出力電圧Vppの電位は、次第に下降して所望の電圧に近づけることができる。
【0054】
これとは逆に、出力電圧Vppが所望の電圧より低い場合には、現在供給を止めている昇圧用クロックのうちクロック番号の小さな昇圧ブロックから順次クロックの供給を開始していくようクロック生成手段2を制御する。このようにすれば、最終的な出力電圧Vppは次第に上昇して所望の電圧に近づけることができる。
【0055】
具体例として、出力端子6からの所望の出力電圧Vppを17.5Vとしたとき、電源電圧Vddが変動して3.5Vとなったときには、そのままでは出力電圧Vppは21Vになって高過ぎることになるので、これを電圧検出手段3により検出し、クロック生成手段2を制御して昇圧用クロックCLK6の供給を止めるよう制御する。すると、6段目のポンプブロック16の昇圧動作が停止し、5段分のポンプブロック11〜15しか昇圧動作をしないので、出力電圧Vppは18Vとなり、Vdd=3V時の所望の出力電圧17.5Vに近づけることができる。
【0056】
以上のように、この実施の形態2によれば、昇圧用クロックCLK1〜CLKnの供給制御によって、出力整流手段4で得られる1つの出力電圧Vppのレベルを任意に設定することができ、このときには不要なクロック発生を完全に止めることができるので、低消費電力化を実現することができる。
【0057】
また、この実施の形態2の特徴として、外部電源電圧Vddが変動することにより出力電圧Vppが変動した場合でも、電圧検出手段3によって出力電圧Vppを検出し、クロック生成手段2による昇圧用クロックの供給を制御することにより、常に安定した出力電圧が得られるようになり、信頼性の面からも有利である。
【0058】
なお、この実施の形態2では、各ポンプブロック11〜1nの構成素子としてダイオードD1〜Dnを使用し、また、出力整流手段4としてもダイオードDo1〜Donを使用したが、これらのダイオードに代えてMOSトランジスタを用いても同様の効果を得ることができる。また、正昇圧に関して説明したが、ダイオードD1〜Dn,Do1〜Donのアノードとカソードの向きを変えることによって、負昇圧チャージポンプ型昇圧回路を実現できる。
【0059】
また、この実施の形態1で使用したチャージポンプ型昇圧回路は非常に基本的な回路であって、しきい値電圧相殺型や相補型のチャージポンプ型昇圧回路等でも同様の効果を得ることができる。
【0060】
この実施の形態2では昇圧用クロックCLK1〜CLKnが各々独立したクロックであったが、複数本まとめても同様の効果を得ることができる。ただし、その場合には、出力電圧を調整できる電圧の数が減ることにはなるが、調整する電圧が少なくなる分、クロックの削減およびクロック配線領域の削減することにより面積的に有利になる。
【0061】
また、整流用ダイオードDo1〜Donを各ポンプブロック11〜1n毎に接続しているが、一部のポンプブロックのみに接続しても同様の効果を得ることができる。ただし、その場合も、出力電圧を調整できる電圧の数が減ることになるが、調整する電圧が少なくなる分、整流用ダイオードを削減することができて面積的に有利になる。
【0062】
(実施の形態3)
図3は、この実施の形態3に係る半導体昇圧回路、特にここではチャージポンプ型昇圧回路を示す回路図であり、図2に示した実施の形態2に対応する部分については同一の符号を付す。
【0063】
この実施の形態3の特徴は、出力整流手段4の出力側に出力端子60が設けられていることに加えて、この出力整流手段4で得られる出力電圧Vppを入力して、この出力電圧Vppを予め決められた各々の電圧に降圧して安定化させる複数のレギュレータ回路51〜5mが並列に接続されていることである。
【0064】
その他の構成は、図2に示した実施の形態2の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【0065】
以上のように構成された半導体昇圧回路の動作について説明する。
【0066】
図3に示す回路においても、図2に示した部分と同じ部分は実施の形態2の場合と同様の動作を行う。つまり、クロック生成手段2から昇圧用のクロックCLK1〜CLKnが全て出力されている通常の場合で、かつ、外部の電源電圧Vddが安定しているときには、実施形態2の場合と同様に、出力端子6で得られる出力電圧Vppは、最終的に(n+1)・(Vdd−Vd)となる。
【0067】
また、昇圧用クロックCLK1〜CLKnの出力をクロック番号の大きな順から停止していくことで、出力電圧Vppの値として(Vdd−Vd)の整数倍の出力を任意に得ることができる点も実施の形態2の場合と同様である。
【0068】
さらに、電圧検出手段3によって出力電圧Vppを検出し、その出力電圧Vppの変動に応じてクロック生成手段2から出力される昇圧用の各クロックCLK1〜CLKnの供給を制御して出力電圧Vppを安定化させることができる点も実施の形態2の場合と同様である。
【0069】
さらに、この実施の形態3では、次の点に特徴がある。
【0070】
半導体装置として、外部の電源電圧Vdd以外の複数種類の電圧が同時に必要な場合がある。
【0071】
そのような要求に応え得るように、出力整流手段4で得られる出力電圧Vppを出力端子6からそのまま取り出せるだけでなく、出力電圧Vppを各々のレギュレータ回路51〜5mで個別に降圧して必要な電圧Vpp1〜Vppmを供給する。なお、当然ながらVpp≧Vpp1〜Vppmである。
【0072】
以上のように、この実施の形態3によれば、昇圧用クロックCLK1〜CLKnの供給操作により出力整流手段4で得られる1つの出力電圧Vppのレベルを任意に設定することができ、このときには不要なクロック発生を完全に止めることができるので、低消費電力化を実現することができる。
【0073】
また、外部電源電圧Vddが変動することにより出力電圧Vppが変動した場合でも、電圧検出手段3によって出力電圧Vppを検出し、クロック生成手段2による昇圧用クロックの供給を制御することにより、常に安定した出力電圧が得られるようになり、信頼性の面からも有利である。
【0074】
また、出力整流手段4に並列接続された複数のレギュレータ回路51〜5mによって、出力整流手段4で得られる1つの出力電圧Vppから、これよりも低い複数の出力電圧Vpp1〜Vppmを同時に得ることができる。このため、同時に複数の昇圧電圧Vpp,Vpp1〜Vppmが必要な場合、従来のように、各々所望の昇圧電圧ごとに個別に昇圧回路を設ける必要がないため、面積的に有利になる。
【0075】
なお、この実施の形態3では、各ポンプブロック11〜1nの構成素子としてダイオードD1〜Dnを使用し、また、出力整流手段4としてもダイオードDo1〜Donを使用したが、これらのダイオードに代えてMOSトランジスタを用いても同様の効果を得ることができる。また、正昇圧に関して説明したが、ダイオードD1〜Dn,Do1〜Donのアノードとカソードの向きを変えることによって、負昇圧チャージポンプ型昇圧回路を実現できる。
【0076】
また、この実施の形態3で使用したチャージポンプ型昇圧回路は非常に基本的な回路であって、しきい値電圧相殺型や相補型のチャージポンプ型昇圧回路等でも同様の効果を得ることができる。
【0077】
この実施の形態3では昇圧用クロックが各々独立したクロックであったが、複数本まとめても同様の効果を得ることができる。ただし、その場合には、出力電圧を調整できる電圧の数が減ることにはなるが、調整する電圧が少なくなる分、クロックの削減およびクロック配線領域の削減することにより面積的に有利になる。
【0078】
また、整流用ダイオードDo1〜Donを各ポンプブロック11〜1n毎に接続しているが、一部のポンプブロックのみに接続しても同様の効果を得ることができる。ただし、その場合も、出力電圧を調整できる電圧の数が減ることになるが、調整する電圧が少なくなる分、整流用ダイオードを削減することができて面積的に有利になる。
【0079】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導体昇圧回路は、次の効果を奏する。
【0080】
(1) 請求項1記載に係る発明てば、昇圧用クロックを各々独立に供給制御を行える構成にしたことより、昇圧動作を行うポンプブロックの段数を調整できるので、1つのチャージポンプ型昇圧回路で複数の電圧を任意に出力することができる。
【0081】
(2) 請求項2記載に係る発明では、電圧検出手段によって出力電圧を検出して、出力電圧による昇圧用クロックの供給を調整するので、電源電圧の変動しても、出力電圧を常に安定化させることができ、信頼性が高くなる。
【0082】
(3) 請求項1または請求項2の構成において、供給を止めている昇圧用クロックがあれば不要なクロック発生を完全に止めることができるので消費電力を低減することができる。
【0083】
(4) 請求項3記載に係る発明では、複数のレギュレータ回路により、出力整流手段の出力電圧Vppよりも低い複数の出力電圧を同時に出力することができるため、複数の昇圧電圧が必要な場合でも昇圧回路が一つですむので、面積的に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る半導体昇圧回路の回路図
【図2】本発明の実施の形態2に係る半導体昇圧回路の回路図
【図3】本発明の実施の形態3に係る半導体昇圧回路の回路図
【図4】従来の半導体昇圧回路の回路図
【符号の説明】
11〜1n…ポンプブロック
2…クロック生成手段
3…電圧検出手段
4…電力整流手段
51〜5m…レギュレータ回路
10…チャージポンプ手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a booster circuit in a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent semiconductor integrated circuits, for example, flash EEPROMs, power supplies of various voltages such as a positive high voltage and a negative high voltage are required for writing, erasing, and reading.
[0003]
However, on the other hand, low power consumption and a single power supply have been promoted. Under such circumstances, for example, in order to achieve a single power supply, an external power supply voltage is boosted by a circuit provided internally. Is provided.
[0004]
As a semiconductor booster circuit for internally boosting such an external power supply voltage, for example, a charge pump type booster circuit as shown in FIG. 4 is known. Note that the charge pump type booster circuit of FIG. 4 is a positive booster circuit.
[0005]
The charge pump type booster circuit shown in FIG. 4 basically receives the boosting clocks CLK 1 and CLK 2 and receives the boosting clocks CLK 1 and CLK 2 to form the power supply voltage Vdd according to the number of stages of the respective pump blocks 11 to 1 n constituting the charge pump means. It is one to obtain a predetermined voltage Vpp boosted from the
[0006]
[0007]
Hereinafter, the operation of the charge pump circuit shown in FIG. 4 will be described in detail.
[0008]
First, one of the clock CLK 1 is when L level, the other clock CLK 2 of H-level, the diode D 1 since the capacitive element C 1 subjected to any forward bias is charged, the first stage of the pump block 1 1 node N 1 becomes the potential (= Vdd-Vd) obtained by subtracting the voltage drop of the diode D 1 a (= Vd) from Vdd.
[0009]
Next, the CLK 1 is H level, the CLK 2 becomes L level, the potential of the node N 1 becomes the potential of (Vdd-Vd) from being boosted by Vdd min (2Vdd-Vd). At this time, since the capacitive element C 2 subjected to any forward bias to the diode D 2 of the next stage of the
[0010]
Subsequently, CLK 1 is L level, the CLK 2 becomes H level, the potential of the node N 2 becomes boosted by Vdd min from 2 (Vdd-Vd) (3Vdd -2Vd). At this time, since the diodes D 3 of the next stage of the
[0011]
Hereinafter, by repeating the same operation, are boosted by number of stages of each
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the charge pump type booster circuit shown in FIG. 4, when the external power supply voltage Vdd fluctuates due to noise or the like and its value Vdd decreases, the output voltage Vpp also decreases accordingly and cannot output a desired voltage. There is a problem.
[0013]
Conversely, when the external power supply voltage Vdd increases, the output voltage Vpp also increases more than necessary, which is disadvantageous in terms of power consumption.
[0014]
Further, when the output voltage Vpp is too high, there is a problem that the breakdown voltage exceeds the breakdown voltage of the PN junction diode and the characteristics are deteriorated.
[0015]
In addition, a semiconductor device may require a large number of boosted voltages. At that time, however, a charge pump type booster circuit is required for each boosted voltage, which is disadvantageous in terms of mounting area and cost. There's a problem.
[0016]
An object of the present invention is to solve such a problem and to provide a low-power-consumption, low-cost semiconductor booster circuit.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention takes the following measures in order to solve the above problems.
[0018]
Charge pump means for generating a boosted voltage by connecting a plurality of pump blocks performing a boosting operation by charging / discharging a capacitive element by a boosting clock and connecting the pump blocks in series; a clock generating means capable of controlling the supply of said charge pump means and the step-up clock for each of the pump block constituting the, of the output of the pump block in the charge pump means, rectifying one output even without least Output rectification means connected to a capacitive element via a diode for output, and in order to obtain a desired boosted voltage from the output rectification means, the clock generation means transmits the boosted clock to the charge pump. the supply from the subsequent stage of the pump block constituting stops, and wherein adjusting the number of stages of the pump block operating To have.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor booster circuit according to the first aspect, a voltage detector detects an output voltage of the output rectifier and controls supply of the booster clock by the clock generator based on the output voltage. It is characterized by comprising means.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor booster circuit according to the first or second aspect, at least an output side of the output rectifier has a regulator circuit for reducing the output voltage of the output rectifier to stabilize the output voltage. It is characterized by connecting one.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a semiconductor booster circuit according to the first embodiment, in particular, a charge pump type booster circuit here. Parts corresponding to those of the conventional example shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
[0023]
Also in the first embodiment, the diodes D 1 to Dn are connected in series, and the boosting capacitive elements C 1 to Cn are connected to the cathodes of the respective diodes D 1 to Dn, so that a plurality of
[0024]
Features of the first embodiment, each
[0025]
In this case, among the boosting clocks CLK 1 to CLKn output from the clock generating means 2, the even-numbered clocks CLK 2 , CLK 4 ,... And the odd-numbered clocks CLK 1 , CLK 3 ,. It has the same frequency and and phase opposite to each other, each clock CLK 1 ~CLKn is both at the L level to the GND level, when the H level is set to be Vdd level of the power supply voltage.
[0026]
The operation of the semiconductor booster configured as described above will be described.
[0027]
In the normal case where all of the boosting clocks CLK1 to CLKn are output from the clock generating means 2, the output voltage Vpp obtained at the
[0028]
However, such a transient operation until reaching the final output voltage Vpp = (n + 1) · (Vdd−Vd) is slightly different from the operation of the conventional circuit shown in FIG.
[0029]
That is, when the output voltage Vpp is low, first, supplying a charge to Vpp to the
[0030]
When the potential Vpp of the
[0031]
Then, supplies charges to Vpp from the node N 2 is boosted from the node N 1 through the diode Do 2. When the potential Vpp of the
[0032]
By repeating the above operation, the final output voltage Vpp of the
[0033]
Here, for example, when a voltage of n · (Vdd−Vd) is required as the output voltage Vpp in a certain operation mode, a clock control signal is supplied from a control circuit such as a microcomputer (not shown) at this time. Te, of the clock CLK 1 ~CLKn boosting being output from the
[0034]
Then, although the step-up operation in the
[0035]
At this time, the by the rectifier circuit consisting of Don -1 and Co (n-1) because the potential of the node Nn -1 th stage of the pump block 1n -1 to peak hold, the final output obtained at the
[0036]
As can be seen from this, by stopping the clock output sequentially from the boosting clock having the larger clock number, the potential of the final output voltage Vpp obtained at the
[0037]
That is, by controlling whether to supply or stop the boosting clocks CLK 1 to CLKn from the clock generating means 2, it is possible to arbitrarily obtain an output that is an integral multiple of (Vdd−Vd) as the value of the output voltage Vpp. Can be.
[0038]
As described above, in the first embodiment, a plurality of output voltages can be obtained by one charge pump type booster circuit by controlling the supply of the booster clock. It is not necessary to separately provide a booster circuit for each.
[0039]
When a voltage lower than the peak voltage is output, the supply of the clock is sequentially stopped from the boosting clock having the larger clock number, so that the potential of the final output voltage Vpp can be lowered to obtain a desired voltage.
[0040]
Further, at this time it is possible to achieve low power consumption it is possible to stop the unnecessary clock completely Incidentally, in the first embodiment, the diode D 1 -Dn as components of the
[0041]
Further, the charge pump type booster circuit used in the first embodiment is a very basic circuit, and the same effect can be obtained by a threshold voltage canceling type or a complementary type charge pump type booster circuit. it can.
[0042]
Although the boosting clocks are independent clocks in the first embodiment, the same effect can be obtained by combining a plurality of clocks. However, in this case, although the number of voltages for which the output voltage can be adjusted is reduced, the reduction in the number of voltages to be adjusted is advantageous in terms of area by reducing the clock and the clock wiring area.
[0043]
Although the rectifier diode Do 1 ~Don connected to each
[0044]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a semiconductor booster circuit according to the second embodiment, in particular, a charge pump type booster circuit. Here, the same reference numerals are used for parts corresponding to the first embodiment shown in FIG. Attach.
[0045]
The feature of the second embodiment is that a
[0046]
The other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and the detailed description is omitted here.
[0047]
The operation of the semiconductor booster configured as described above will be described.
[0048]
In the circuit shown in FIG. 2 as well, in the normal case where all of the boosting clocks CLK1 to CLKn are output from the clock generating means 2 and when the external power supply voltage Vdd is stable, Similarly, the output voltage Vpp obtained at the
[0049]
In addition, by stopping the output of the boosting clocks CLK 1 to CLKn in ascending order of the clock number, an output of an integer multiple of (Vdd−Vd) can be selectively obtained as the value of the output voltage Vpp. This is the same as in the first embodiment.
[0050]
Further, the second embodiment has the following features.
[0051]
Normally, it is considered that the external power supply voltage Vdd constantly fluctuates due to noise or a voltage drop caused by a load current flowing.
[0052]
Here, since the final output voltage Vpp from the
[0053]
Therefore, the potential of the output voltage Vpp is detected by the
[0054]
Conversely, when the output voltage Vpp is lower than the desired voltage, the clock generating means starts the supply of clocks sequentially from the booster block having the smaller clock number among the booster clocks currently stopped. 2 control. By doing so, the final output voltage Vpp can be gradually increased to approach a desired voltage.
[0055]
As a specific example, when the desired output voltage Vpp from the
[0056]
As described above, according to the second embodiment, the level of one output voltage Vpp obtained by the output rectifier 4 can be arbitrarily set by controlling the supply of the boosting clocks CLK 1 to CLKn. Sometimes, unnecessary clock generation can be completely stopped, so that low power consumption can be realized.
[0057]
Further, as a feature of the second embodiment, even when the output voltage Vpp fluctuates due to the fluctuation of the external power supply voltage Vdd, the output voltage Vpp is detected by the
[0058]
In the second embodiment, using a diode D 1 -Dn as components of the
[0059]
Further, the charge pump type booster circuit used in the first embodiment is a very basic circuit, and the same effect can be obtained by a threshold voltage canceling type or a complementary type charge pump type booster circuit. it can.
[0060]
Although this
[0061]
Although the rectifier diode Do 1 ~Don connected to each
[0062]
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a semiconductor booster circuit according to the third embodiment, in particular, a charge pump type booster circuit in this case. Parts corresponding to the second embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. .
[0063]
Features the third embodiment, in addition to the
[0064]
The other configuration is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 2, and the detailed description is omitted here.
[0065]
The operation of the semiconductor booster configured as described above will be described.
[0066]
In the circuit shown in FIG. 3, the same portions as those shown in FIG. 2 perform the same operations as those in the second embodiment. That is, in the normal case where all the clocks CLK1 to CLKn for boosting are output from the clock generation means 2 and when the external power supply voltage Vdd is stable, the output terminal The output voltage Vpp obtained in 6 finally becomes (n + 1) · (Vdd−Vd).
[0067]
In addition, by stopping the output of the boosting clocks CLK 1 to CLKn in ascending order of the clock number, it is possible to arbitrarily obtain an output that is an integer multiple of (Vdd−Vd) as the value of the output voltage Vpp. This is the same as in the second embodiment.
[0068]
Furthermore, to detect the output voltage Vpp by the voltage detection means 3, each clock CLK 1 ~CLKn output voltage Vpp is controlled to the supply of boosting output from the
[0069]
Further, the third embodiment has the following features.
[0070]
In some cases, a semiconductor device requires a plurality of types of voltages other than the external power supply voltage Vdd at the same time.
[0071]
As can respond to such a request, as well as taken out directly from the
[0072]
As described above, according to the third embodiment, it is possible to arbitrarily set the level of one output voltage Vpp obtained by output rectifier 4 by the operation of supplying boosting clocks CLK 1 to CLKn. Since unnecessary clock generation can be completely stopped, low power consumption can be realized.
[0073]
Further, even when the output voltage Vpp fluctuates due to the fluctuation of the external power supply voltage Vdd, the output voltage Vpp is detected by the
[0074]
Further, to obtain a plurality of
[0075]
In the third embodiment, using a diode D 1 -Dn as components of the
[0076]
Further, the charge pump type booster circuit used in the third embodiment is a very basic circuit, and a similar effect can be obtained by a threshold voltage canceling type or complementary type charge pump type booster circuit. it can.
[0077]
Although the boosting clocks are independent clocks in the third embodiment, the same effect can be obtained by combining a plurality of clocks. However, in this case, although the number of voltages for which the output voltage can be adjusted is reduced, the reduction in the number of voltages to be adjusted is advantageous in terms of area by reducing the clock and the clock wiring area.
[0078]
Although the rectifier diode Do 1 ~Don connected to each
[0079]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor booster circuit of the present invention has the following effects.
[0080]
(1) According to the first aspect of the present invention, since the supply of the boosting clocks can be controlled independently, the number of stages of the pump block performing the boosting operation can be adjusted. Can output a plurality of voltages arbitrarily.
[0081]
(2) In the invention according to the second aspect, the output voltage is detected by the voltage detecting means and the supply of the boosting clock based on the output voltage is adjusted, so that the output voltage is always stabilized even if the power supply voltage fluctuates. And increase the reliability.
[0082]
(3) In the configuration of
[0083]
(4) In the invention according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor booster circuit according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a circuit diagram of a semiconductor booster circuit according to a second embodiment of the present invention; FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional semiconductor booster circuit.
1 1 to 1
Claims (3)
前記チャージポンプ手段を構成する前記ポンプブロック毎に前記昇圧用クロックの供給を制御することが可能なクロック生成手段と、
前記チャージポンプ手段におけるポンプブロックの出力の内、少なくとも1つの出力を整流用ダイオードを介して容量性素子に接続してなる出力整流手段と、を備え、
前記出力整流手段から所望の昇圧電圧を得るために、前記クロック生成手段は、前記昇圧クロックを、前記チャージポンプを構成する前記ポンプブロックの後段から供給を停止し、動作する前記ポンプブロックの段数を調整することを特徴とする半導体回路。Charge pump means for generating a boosted voltage by connecting a plurality of pump blocks performing a boosting operation by charging / discharging the capacitive element by the boosting clock and generating a boosted voltage;
A clock generating means capable of controlling the supply of the boost clock for each of the pump block constituting the charge pump means,
And an output rectifying means formed by connecting the capacitive element through the rectifying diode of the output of the pump block, one output even without least in the charge pump means,
In order to obtain a desired boosted voltage from the output rectifier, the clock generator stops supplying the boosted clock from a subsequent stage of the pump block constituting the charge pump, and determines the number of stages of the pump block to be operated. A semiconductor circuit characterized by adjusting .
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