JP4082792B2

JP4082792B2 - チャージポンプ回路

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Publication number: JP4082792B2
Application number: JP20512398A
Authority: JP
Inventors: 貴寛澤村; 良昌柳下
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP2000040362A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電源から入力された電圧を必要に応じて昇圧しまたは降圧するためのチャージポンプ回路に関し、特にＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）等の集積回路装置の駆動に適した電圧を集積回路内部で生成するためのチャージポンプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路は微細化と共に、低消費電力化が進められている。外部電源から印加される電圧が低電圧化されるに伴って、各回路に供給する電源電圧の変動が回路動作に大きな影響を及ぼすようになってきている。従って、回路動作マージンを広げる為にも、供給する電源電圧の変動を抑えることが不可欠である。
【０００３】
回路のなかには、外部から印加される電源よりも高い電圧を必要とするものもある。このような回路に供給する電源を外部電源を昇圧することによって発生させるチャージポンプ回路がある。
図１に、このようなチャージポンプ回路の基本構成をブロック図で示す。このチャージポンプ回路１は、外部電源電圧をチャージポンプするためのポンピング回路２、このポンピング回路２の駆動タイミング制御のためのパルス信号を生成する発振回路３およびポンピング回路１からの出力電位を検出するための検出器４を含んでいる。
【０００４】
ポンピング回路２は、発振回路３で形成されたパルスの立上がりおよび立下がりを利用して、チャージポンプを行う。その出力である内部電源は、ポンプされる毎に一定電圧だけ昇圧される。発生した内部電源の電位を検出器４で基準電位と比較することによって検出する。検出器４は、例えばこのチャージポンプ回路が昇圧回路の場合、内部電源供給先の回路が電流を消費して内部電源電位がある一定の電位より下がった場合にポンピングを開始する信号を発振回路３に出力し一定周期で発振するパルス信号を形成させる。ポンピング回路２はこのパルス信号によって駆動され、内部電源を昇圧する。
【０００５】
一方ポンピングによって内部電源がある一定電位を越えた場合、検出器４はこれを検出して発振回路３にポンピングを中止しする信号を出力し、パルス信号の発振を停止させる。ポンピング回路２は、パルス信号の供給が停止されることによって、内部電圧の昇圧を停止する。このようにして、内部電源電圧を検出しながらポンピングを開始したり中止したりすることによって、発生した内部電源が目的の電位となるように調節する。
【０００６】
図２に、従来のチャージポンプ回路において一般的に使用されている発振回路の例を示す。また図３に、この発振回路を使用した場合の、図１に示すチャージポンプ回路の動作のタイミング図を示す。
図２に示す発振回路は、基本的にナンドゲート３１と遅延回路３２で構成される一般的な発振回路であって、入力端子ＩＮ１に検出器４からの信号、すなわちポンピングイネーブル信号が入力されることによって、発振を開始しまた停止する。なお、ここでポンピングイネーブル信号は“Ｈ”レベルのときポンピングを開始し、“Ｌ”レベルの時はポンピングを中止すると言う意味を持つ、２つの状態からなる信号である。
【０００７】
図３に示すように、ポンピングイネーブル信号が“Ｌ”である場合は、ナンドゲート３１の出力、出力端子ＯＵＴ１は“Ｈ”レベルとなる。この状態は遅延回路３２を介してナンドゲート３１にフィードバックされるが、入力端子ＩＮ１が“Ｌ”レベルであるので、ＯＵＴ１は“Ｈ”レベルに固定される。即ちポンピング中止状態の場合は、ＯＵＴ１は“Ｈ”レベルに固定される。
【０００８】
一方、時刻ｔ１においてポンピングイネーブル信号が“Ｈ”レベルに変化しポンピングの開始が告げられると、ノードｎｏ１が“Ｈ”であるためナンドゲート３１の出力、即ちＯＵＴ１は直ちに“Ｌ”に変化する。そしてこの状態が遅延回路３２を通過することで一定時間経過後の時刻ｔ２においてノードｎｏ１が“Ｌ”に変化し、ＯＵＴ１を“Ｈ”に変化させる。この様にして、ポンピングイネーブル信号が“Ｈ”レベルである間は、発振回路２は出力端子ＯＵＴ１において“Ｈ”、“Ｌ”レベルを一定時間毎に繰り返し、パルス信号を発振する。
【０００９】
ポンピング回路２は発振回路３からのパルスの立上がりと立下がりでポンピングを行うもので、従って発振回路３に“Ｌ”レベルの信号が入力されている場合は出力が“Ｈ”に固定されているのでポンピングは行われず、“Ｈ”の信号が入力されている場合のみポンピングが行われる。このようにしてチャージポンプ回路１において、ポンピングが行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記発振回路において、時刻ｔ３に行われたポンピングによって内部発生電源Ｖppがポンピング終了を検出するレベルまで達した場合、検出器４はポンピングイネーブル信号を“Ｈ”から“Ｌ”レベルに変化させ、発振回路３の入力端子ＩＮ１を“Ｌ”として、その出力端子ＯＵＴ１を“Ｈ”レベルにリセットし、発振を停止させてポンピングを終了しようとする。ところが、このリセット時にＯＵＴ１が“Ｌ”レベルであると、リセットによって“Ｈ”レベルに立上がり、ポンピング回路２はこれを次のポンピングの指示であると認識し、ポンピングを実行する。
【００１１】
従って、発生した内部電源が十分なレベルに達してポンピングを中止しようとしているにもかかわらず、さらにもう一回余分にポンピングが行われて、内部電源をさらに高電位とする結果となる。このように、従来のチャージポンプ回路では、ポンピングイネーブル信号が“Ｈ”から“Ｌ”に変化するタイミングによっては、内部電源Ｖppが必要以上に高電位となってトランジスタの特性を劣化する等の恐れがある。また、Ｖpp電源の電位変動幅がそれだけ増加することから、回路特性の電源電圧変動マージンをその分余計に見込まなければならない。
【００１２】
また出力端子ＯＵＴ１のリセットに伴う“Ｌ”から“Ｈ”への立上がりがポンピングの直後であった場合、つまり検出器４の応答速度が速い場合、ポンピング回路２中のポンピングキャパシタが充電されないままの「空たたき」になり、Ｖpp電源の上昇は小さくて済むが、無駄な電流を消費することとなる。
本発明は、上記従来例回路の問題点を解決すべくなされたものであり、必要とする内部電源を最小限の電位変動で効率よく発生させることが可能なチャージポンプ回路を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、第１のポンピング能力を有するスモールポンプと前記第１のポンピング能力より大きい第２のポンピング能力を有するラージポンプとを含むポンピング回路と、前記ポンピング回路の出力電位が、予め設定されたスモールポンプ開始検出レベルにある場合に第１の信号を出力し、前記ポンピング回路の出力電位が前記スモールポンプ開始検出レベルよりも低いラージポンプ開始検出レベルにある場合に第２の信号を出力し、前記ポンピング回路の出力電位が、ポンピング終了検出レベルにある場合に前記第１及び第２の信号の出力を停止する検出器と、前記第１及び第２の信号に基づいて前記ポンピング回路の駆動または停止の制御をする駆動回路とを備え、前記駆動回路は、前記第１の信号が入力され、前記スモールポンプを駆動する第１のパルスを出力するＮＡＮＤゲートと、前記ＮＡＮＤゲートの他方の入力と出力との間に接続された遅延回路とからなる発振回路と、前記第２の信号と、前記第１のパルスを反転する反転パルスとを入力するＮＡＮＤゲートと、前記ＮＡＮＤゲートの出力を入力し前記ラージポンプを駆動する第２のパルスを出力するトグル回路と、を含むことを特徴とするチャージポンプ回路を提供する。
【００１６】
この構成により、電位変動の小さいチャージポンプ回路を得ることが可能となる。同時に、発振回路で周期の異なる２種類のパルスを発生することにより、チャージポンプ回路の能力や駆動するときの集積回路の状態に応じて、能力の異なるポンピング回路を使い分けることができる。これによって、より効率良く内部電源を発生させることが可能となる。
【００１７】
また本発明のチャージポンプ回路は、特にＤＲＡＭ等の内部電源発生回路として使用されることによって、高い効果を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本発明にかかるチャージポンプ回路の基本構成は図１に示すブロック図で示すことができるが、本発明では特に発振回路３において本願独特の構成およびそれに伴う作用効果を有している。
【００１９】
図４は、本発明の第１の実施例にかかる発振回路５０の構成を示す図である。図示するようにこの発振回路は、ナンドゲート５１、遅延回路５２からなる通常の発振部５０ａに、インバータ５３〜５７および第１、第２のトランスファーゲート５８、５９からなるラッチ回路５０ｂを付加した構成を有する。なおＩＮ２は検出器４からのポンピングイネーブル信号の入力端子、ＯＵＴ２はパルス信号をポンピング回路２に出力するための端子である。
【００２０】
以下に、図４に示す回路の構成およびその動作を、図５に示すタイミング図を参照して説明する。
図４に示す回路において、ナンドゲート５１と遅延回路５２からなる発振部５０ａでは、遅延回路５２の遅延時間を図２に示す通常の発振回路３の半分に設定している。そのため、ノードｎｏ２は発振回路３の半分の周期でパルス信号を生成する。前述したように、ノードｎｏ２と出力端子ＯＵＴ２間に接続された回路はラッチ回路を構成する。このラッチ回路では、ノードｎｏ４とノードｎｏ５間およびノードｎｏ５とノードｎｏ４間を、ノードｎｏ２の異なる状態で開閉する第１、第２のトランスファーゲート５８、５９によって接続している。従って、トランスファーゲート５８、５９を介してノードｎｏ５→ノードｎｏ３→ノードｎｏ４→ノードｎｏ５のループが形成されている。
【００２１】
今、このラッチ回路の入力端子であるノードｎｏ２が“Ｈ”レベルの時は、第１のトランスファーゲート５８が開いてノードｎｏ５の情報をノードｎｏ３に伝える。一方第２のトランスファーゲート５９は閉じているためノードｎｏ３の情報はノードｎｏ５に伝わらない。次にノードｎｏ２が“Ｌ”レベルになると、第１のトランスファーゲート５８は閉じ、第２のトランスファーゲート５９が開くので、ノードｎｏ３の情報がノードｎｏ４を介してノードｎｏ５に伝えられる。
【００２２】
ノードｎｏ４の情報はノードｎｏ３の反転情報であるため、この時点でノードｎｏ５の情報は反転する。再びノードｎｏ２が“Ｈ”レベルとなると、反転したノードｎｏ５の情報がノードｎｏ３に伝達される。この様にして、ノードｎｏ５はノードｎｏ２が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルへ反転する毎に反転を繰り返す。即ちノードｎｏ５およびＯＵＴ２は、図５のタイミング図に示す様に、ノードｎｏ２の立上がりに応答して反転し、その結果出力端子ＯＵＴ２から出力されるパルス信号は、ノードｎｏ２でのパルス信号の２倍の周期、即ちポンピングに必要な周期となる。
【００２３】
今、図４の発振回路を用いたチャージポンプ回路において、上記の様にして形成された出力信号により制御されてポンピングを繰り返し、時間ｔ３において内部電源Ｖppがポンピングを終了するレベルまで達したとする。この状態は検出器４によって検出され、ポンピングイネーブル信号を“Ｌ”レベルに反転させる。これによって発振回路５０のノードｎｏ２は直ちに“Ｈ”レベルにリセットされるが、このリセットは、“Ｌ”→“Ｈ”レベルへの変化（立上がり）であるため、出力端子ＯＵＴ２は反転せずそのままの状態を保持する。
【００２４】
このように本実施例の発振回路では、ポンピング中止トリガが掛かるときには出力端子ＯＵＴ２は反転せず、それ以前の状態を保持し、余計なポンピング動作を指示しない。従ってポンピング回路２によって昇圧されるポンピング電源Ｖppは、必要以上に高電位となることはなく、結果としてＶpp電源の電位変動幅は最小限に抑えられる。
【００２５】
なお、リセット時にノードｎｏ２は“Ｈ”レベルであるため、第１のトランスファーゲート５８が開いてノードｎｏ４にはノードｎｏ５の反転情報が保持された状態となる。ポンピング再開トリガがかかった時には、ノードｎｏ２は“Ｈ”から“Ｌ”へ変化し第１のトランスファーゲート５８を閉じ、第２のトランスファーゲート５９を開くので、ノードｎｏ５およびＯＵＴ２は状態を反転する。ポンピング回路２はこの反転により、ポンピングを再開する。
【００２６】
ポンピング回路２におけるポンピングは、発振回路５０の出力パルスの電位変化、即ちパルスの立上がりおよび立下がりの両者において行われるので、リセット時に出力端子ＯＵＴ２が“Ｈ”、“Ｌ”何れのレベルにラッチされていても、上記の様に状態の反転がある限り、ポンピングの再開に影響はない。
なお、図５に示すタイミング図において、内部電源電圧Ｖppを示す波形は、出力端子ＯＵＴ２の立上がり、立下がりに時間的な遅れを持たずに応答して立ち上がるように示されている。しかしながら、実際はポンピングキャパシタの充電に要する時間等の影響で立上がりは多少遅れ、時間ｔ３ではポンピング終了検出レベルには達していないが、図面では説明を簡単にするためにこの遅れが無いものとして示してある。
【００２７】
図６は、本発明の第２の実施例にかかるチャージポンプ回路の基本構成を示すブロック図である。この実施例は、ポンピング能力の異なる２個以上のポンピング回路を備えた事を特徴としている。従って本実施例の発振回路６０は、能力の大きい方のポンピング回路、即ちラージポンプ２ａを駆動する信号を出力する出力端子ＯＵＴ３、および能力の小さい方のポンピング回路、即ちスモールポンプ２ｂを駆動する信号を出力する出力端子ＯＵＴ４をそれぞれ別個に備えている。
【００２８】
図７は図６に示す発振回路６０の詳細を示す回路図であり、また図８は図６に示すチャージポンプ回路の動作説明のためのタイミング図である。以下に、図８のタイミング図を参照して、図６および７に示すこの実施例の構造および動作を説明する。
この実施例のチャージポンプ回路１０では、電力消費を抑えるために通常はスモールポンプを用いてポンピングが行われる。しかしながらスモールポンプを作動させても電位が上がらない程電流消費が激しい場合、ラージポンプを自動的に作動させて所望の電位を得る構成を取っている。従って、検出器４０におけるラージポンプのポンピング開始検出レベルは、スモールポンプのポンピング開始検出レベルよりも低い電位に設定されている（図８参照）。
【００２９】
図７に示す発振回路６０は、図４に示した第１の実施例のための発振回路５０のノードｎｏ２に対して、ラージポンプを駆動する出力信号を得るための論理を付加した構成を有している。図において、入力端子ＩＮ３、ＩＮ４は、それぞれラージポンプ２ａ、スモールポンプ２ｂを駆動するためのポンピングイネーブル信号の入力端子である。また出力端子ＯＵＴ３はラージポンプ２ａを駆動する信号の出力端子、ＯＵＴ４はスモールポンプ２ｂを駆動する信号の出力端子である。
【００３０】
スモールポンプ２ｂを駆動する回路は、ナンド回路６１と遅延回路６２からなる一般的な発振回路であり、従って出力端子ＯＵＴ４からは図８の波形ＯＵＴ４に示すパルス信号が得られる。このパルス信号をスモールポンプ２ｂに導入することによって、各パルスの立上がりおよび立下がりでポンピングが行われる。一方、ラージポンプ２ａのための発振信号を形成する回路は、入力端子ＩＮ３に接続されたナンド回路６３および、基本的に図４の回路におけるラッチ回路５０ｂと同じ構成のラッチ回路６４で構成されている。
【００３１】
ナンド回路６３の一方の入力端子にはナンド回路６１からの出力信号がインバータ６５を介して導入されているので、入力端子ＩＮ３に導入されるポンピングイネーブル信号が、例えば図８の時間ｔ３に示す様に“Ｈ”レベルとなると、ゲート６３が開いて出力端子ＯＵＴ４と同じ信号がノードｎｏ６に出力される。ラッチ回路６４は、図４に示すラッチ回路と同様に動作するため、出力端子ＯＵＴ３には出力端子ＯＵＴ４の“Ｈ”から“Ｌ”への反転によって反転する信号が得られる。その結果、ラージポンプ２ａはスモールポンプ２ｂの２倍の周期の信号（ＯＵＴ３）によって駆動される。
【００３２】
また図４に示す回路と同様に、ポンピング中止トリガが例えば時間ｔ４においてかかったときでも、ラッチ回路６４によりＯＵＴ３の状態がラッチされているので、不必要なポンピング動作は行われない。
以上のようにして、出力端子ＯＵＴ４からの出力をスモールポンプ２ｂに導入し、出力端子ＯＵＴ３からの出力をラージポンプ２ａに導入して、ポンピング動作を行わせることができる。上述したように、端子ＯＵＴ４からの信号は端子ＯＵＴ３からの信号の半分の周期を有する。これは次の様な理由による。
【００３３】
スモールポンプにおけるポンピングキャパシタがラージポンプのそれに比べて十分小さい場合、このポンピングキャパシタを充電するための時間はラージポンプの半分程度ですむことがある。この場合、スモールポンプはポンピング能力が小さいので、ラージポンプの半分の周期で細かく繰り返して駆動したほうが効率が良い。従って本実施例では、スモールポンプの駆動に出力ＯＵＴ３の半分の周期を有する出力ＯＵＴ４を用いてポンピング効率の向上を図っている。
【００３４】
なお出力ＯＵＴ４は、従来例と同様にリセット時に立ち上がって余分なポンピングを行ってしまうが、スモールポンプのポンピング能力はラージポンプに比べて小さく、この余分なポンピング動作によるＶpp電源の電位変動は小さいので、あまり影響はない。
図９は、上記第２の実施例のチャージポンプ回路において、発振回路６０と各ポンプ２ａ、２ｂ間の接続構造を示す図である。一般に、半導体集積回路の起動時には内部電源も接地電位から立ち上げる必要があるので、ラージポンプも高速での駆動が望ましい。そのためには、集積回路の起動時のみラージポンプを短周期のパルスで駆動する必要がある。図９の回路は、そのための構成を有する。
【００３５】
図９に示すように、スモールポンプ２ｂは発振回路６０の出力端子ＯＵＴ４に直接接続されている。ラージポンプ２ａは、入力端子ＩＮ５に導入される信号によって制御され集積回路の起動動作時のみ出力端子ＯＵＴ４にゲート９０を介して接続され、通常（起動動作時では無い状態）の２倍の速度でポンピングされる。一方、起動動作が終了するとゲート９０を介して出力端子ＯＵＴ３に接続され、通常の速度、即ちスモールポンプの駆動速度の半分の速度で駆動される。従って、起動時のみラージポンプを高速で駆動することが可能となる。各ポンプと発振回路の接続関係を図１０に要約する。
【００３６】
なお図９に示す実施例では、起動時に入力端子ＩＮ５に“Ｌ”レベルの信号が導入されるので、ノードｎｏ７には発振回路６０の出力端子ＯＵＴ４の反転信号が、ノードｎｏ８には“Ｈ”レベルの信号が現れ、その結果ノードｎｏ９に現れるラージポンプ２ａを駆動するための信号は出力端子ＯＵＴ４における信号と同じものとなる。起動動作が終了すると、入力端子ＩＮ５は“Ｈ”レベルとなるので、ノードｎｏ８には出力端子ＯＵＴ３における信号の反転信号が現れる。その結果、ノードｎｏ９には出力端子ＯＵＴ３における信号が現れ、ラージポンプ２ａを駆動する。このようにして、集積回路の起動時のみ短周期パルスによってラージポンプ２ａを駆動する制御が可能である。
【００３７】
図１に示した本発明のチャージポンプ回路において、ポンピング回路２および検出器４としては、従来のチャージポンプ回路におけるポンピング回路および検出器が適用可能であり、本発明の実施のために特別の構成を必要としない。しかしながら本発明の理解を容易にするために、これらの回路の一例を以下に簡単に説明する。
【００３８】
図１１は、検出器４の一例を示す回路図である。コンパレータ４１の基準入力端子Ｖref1はポンピング終了検出レベルに設定され、比較入力端子にはポンピング回路で発生した内部電源Ｖppが入力さる。またコンパレータ４２の基準入力端子Ｖref2はポンピングの開始検出レベルに設定され、比較入力端子には内部電源Ｖppが入力さる。この回路において今、Ｖpp＞Ｖref1（＞Ｖref2）である時、ノードｎｏ１０は“Ｈ”レベルに反転しその反転状態がラッチ回路４３によってラッチされるので、出力端子ＯＵＴ５は“Ｌ”レベルに固定される。この“Ｌ”レベル信号がポンピングイネーブル信号として発振回路３の入力端子ＩＮ２に入力され、ポンピングが停止される。。
【００３９】
一方、Ｖpp＜Ｖref2＜Ｖref1となったときノードｎｏ１０は“Ｌ”に反転し、その結果出力端子ＯＵＴ５は“Ｈ”に固定される。この信号がポンピングイネーブル信号として発振回路３の入力端子ＩＮ２に入力されるため、発振回路３はパルス信号を発振し、ポンピング回路２においてポンピングを開始させる。
図１２は、ポンピング回路の一例を示す回路図である。図において２１、２２は昇圧用の容量、２３はこれらの容量を駆動するための容量駆動回路および２４はポンピングの開始、終了等を制御する動作制御回路である。図の実施例ではナンドゲートである動作制御回路の一方の入力端子は、発振回路３の出力端子ＯＵＴ２に接続され、容量２１、２２を充電するためのパルス信号を入力する。
【００４０】
なおナンドゲートの他方の入力端子には制御信号が外部から入力され、発振回路３からのポンピングのための信号の、ナンド回路２４への供給を外部より制御する。即ちこの入力端子は、ポンピング回路２の動作を外部より制御するための端子である。また容量駆動回路２３のインバータ２５、２６は各容量２１、２２を直接駆動するための回路である。
【００４１】
図１２において、上述した以外の部分は出力回路であって、定電源に接続された複数のトランジスタを備えている。
このポンピング回路では、周知の様に、発振回路３からのパルス信号の立上がり、立下がりに同期して容量２１、２２が充放電を繰り返すことにより、出力端子ＯＵＴ６の電位Ｖppが、例えば図５に示すようにして昇圧される。
【００４２】
以上に示した各実施例は、いずれもポンピング開始検出レベルとポンピング終了検出レベルが別個に設定されていたが、本発明では必ずしもこれら各レベルを別個に設定する必要はなく、内部電源電圧Ｖppが予め設けた一個の基準レベル以下となった場合にポンピングを開始し、電圧Ｖppがこの基準レベルを越えた場合にポンピングを停止する構成としても良い。
【００４３】
図１３はこの構成を実施するための検出器１３０を示し、図１４はこの検出器を用いた場合のチャージポンプの動作を説明するタイミング図である。図１３に示すように、検出器１３０は、差動増幅器１３１とインバータ１３２とで構成され、差動増幅器１３１の比較入力端子Ｖinには内部電源電圧Ｖppが入力され、予め設定された参照電圧Ｖref と比較される。インバータ１３２の出力ｅｎは発振回路に導入される。
【００４４】
従って今、図１４に示すように内部電源電圧Ｖppが低下し参照電位Ｖref 以下となると、検出器１３０は幾分かのタイムラグを伴って時間ｔ１でこれを検出し、出力ｅｎを“Ｈ”レベルに反転する。ポンピング回路は、この反転出力によって発振回路から発振されるパルスによって駆動され、ポンピングを行う。この一回のポンピングによって内部電源電圧Ｖppが上昇し参照電位Ｖref を越えると、検出器１３０は幾分かのタイムラグを伴って時間ｔ２でこれを検出して出力ｅｎを“Ｌ”レベルに反転し、ポンピングを終了する。
【００４５】
なお検出器１３０に接続される発振回路、ポンピング回路は、前述した第１、第２の実施例における各回路をそのまま使用することができる。
図１５は、図１３に示した検出器をスモールポンプ、ラージポンプを併用する第２の実施例に適用した場合のチャージポンプ回路の構成を示す。この回路は、参照電圧をＶref1に設定したスモールポンプ２ｂ用の検出器４ｂおよび参照電圧をＶref2に設定したラージポンプ２ａ用の検出器４ａを備えている。参照電圧Ｖref1、Ｖref2は図１６の動作タイミング図に示すように、Ｖref1＞Ｖref2となる様に設定されている。なお、発振回路、ラージポンプ、スモールポンプについては図６に示す実施例と同じものが適用可能である。
【００４６】
このチャージポンプ回路において、内部電源Ｖppが低下して参照電圧Ｖref1以下となると、スモールポンプ２ｂ用の検出器４ｂがこれを検出してその出力ｅｎ１を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに反転させる。これによってスモールポンプ２ｂが駆動され、小さなポンピングが実行される。内部回路による消費電流がスモールポンプ２ｂによる供給電流を上回っている場合は、図示する様にさらに電圧Ｖppが低下する。
【００４７】
その結果内部電源電圧Ｖppがラージポンプ２ａのための参照電圧Ｖref2以下となると、ラージポンプ用の検出器４ａがこれを検出して出力ｅｎ２を“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルへ反転させ、ラージポンプ２ａでのポンピングを実行する。この一回のポンピングによって内部電源電圧Ｖppがスモールポンプ用の参照電圧Ｖref1を越えると、検出器４ａ、４ｂは共にこれを検出して出力ｅｎ１、ｅｎ２を“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルへ反転させ、ポンピングを終了する。
【００４８】
なお、図７に示す発振回路６０を用いた場合は、スモールポンプ用の検出回路出力ｅｎ１の立下がりによって、図１６に示すようにポンピング終了の時点でスモールポンプ２ｂによる不必要なポンピングが行われるが、既に述べた様にこのポンピングによる影響は小さく、特別の対策を必要としない。
以上に示した各実施例は本発明を説明するための一例として示したもので、本発明は決して実施例の回路に限定されるものではない。従って、各実施例の説明において示した論理回路、および“Ｈ”、“Ｌ”等の論理レベルも適宜変更しうることは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
以上、各実施例を挙げて説明したように本発明のチャージポンプ回路では、ポンピング終了の信号が発振回路に入力された場合でも、発振回路は出力端子においてその時点での電位を保持し変動しない様に構成されている。そのため、検出器が内部電源の例えば十分な昇圧を検出してポンピング終了の信号を出力しても、この終了信号によって発振回路は不必要なパルスを発生しない。その結果、ポンピング回路において不必要なポンピングは行われず、内部電源の電位変動を少なくすることができる。
【００５０】
また、発振回路で周期の異なる２種類のパルスを発生することにより、チャージポンプ回路の能力や駆動するときの集積回路の状態に応じて、能力の異なるポンピング回路を使い分けることができる。これによって、より効率良く内部電源を発生させることが可能となる。
また本発明のチャージポンプ回路は、特にＤＲＡＭ等の内部電源発生回路として使用されることによって、高い効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明および従来例に適用可能な、チャージポンプ回路の基本構成を示すブロック図である。
【図２】従来のチャージポンプ回路において使用される発振回路の構成を示す回路図である。
【図３】従来のチャージポンプ回路の動作タイミング図である。
【図４】本発明の第１の実施例のチャージポンプ回路に使用される発振回路の構成を示す回路図である。
【図５】図４の回路を使用したチャージポンプ回路の動作タイミング図である。
【図６】本発明の第２の実施例にかかるチャージポンプ回路の基本構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すチャージポンプ回路に使用される発振回路の構成を示す回路図である。
【図８】図６に示すチャージポンプ回路の動作タイミング図である。
【図９】図６に示したチャージポンプ回路の、発振回路とポンピング回路間の接続関係を示す図である。
【図１０】図９に示す回路の接続関係を説明するための図である。
【図１１】図１に示す本発明のチャージポンプ回路に適用される検出器の回路構成を示す図である。
【図１２】図１に示す本発明のチャージポンプ回路に適用されるポンピング回路の構成を示す図である。
【図１３】検出器の他の実施例を示す図である。
【図１４】図１３に示す検出器を用いた場合のチャージポンプ回路の動作説明のためのタイミング図である。
【図１５】図１３に示す検出器を図６に示す実施例に応用した場合のチャージポンプ回路の基本構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示す回路の動作説明のためのタイミング図である。
【符号の説明】
１…チャージポンプ回路
２…ポンピング回路
２ａ…ラージポンプ
２ｂ…スモールポンプ
３…発振回路
４…検出器
１０…チャージポンプ回路
４０…検出器
５０…発振回路
５０ａ…発振部
５０ｂ…ラッチ回路
６０…発振回路
６４…ラッチ回路

Claims

第１のポンピング能力を有するスモールポンプと前記第１のポンピング能力より大きい第２のポンピング能力を有するラージポンプとを含むポンピング回路と、
前記ポンピング回路の出力電位が、予め設定されたスモールポンプ開始検出レベルにある場合に第１の信号を出力し、前記ポンピング回路の出力電位が前記スモールポンプ開始検出レベルよりも低いラージポンプ開始検出レベルにある場合に第２の信号を出力し、前記ポンピング回路の出力電位がポンピング終了検出レベルにある場合に前記第１及び第２の信号の出力を停止する検出器と、
前記第１及び第２の信号に基づいて前記ポンピング回路の駆動または停止の制御をする駆動回路と
を備え、
前記駆動回路は、
前記第１の信号が入力され、前記スモールポンプを駆動する第１のパルスを出力するＮＡＮＤゲートと、前記ＮＡＮＤゲートの他方の入力と出力との間に接続された遅延回路とからなる発振回路と、
前記第２の信号と、前記第１のパルスを反転する反転パルスとを入力するＮＡＮＤゲートと、
前記ＮＡＮＤゲートの出力を入力し前記ラージポンプを駆動する第２のパルスを出力するトグル回路と、
を含むことを特徴とするチャージポンプ回路。
前記トグル回路から出力される前記第２のパルスは、前記第１のパルスの片側エッジのみに同期して電位状態を反転させることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
前記スモールポンプ開始検出レベルと前記ポンピング終了検出レベルは同一レベルに設定されている事を特徴とする、請求項１又は２に記載のチャージポンプ回路。
前記第２のパルスの周期は前記第１のパルスの周期よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載のチャージポンプ回路。
前記ポンピング回路は昇圧回路であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載のチャージポンプ回路。
請求項１乃至５の何れか１項に記載のチャージポンプ回路を組み込んだダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ。