JP4109831B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、データ書き込みや消去に用いる高電圧を発生する昇圧回路を内蔵したEEPROM等の半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図22は、従来よりEEPROM等に用いられる昇圧電源回路を示している。昇圧回路1は、昇圧パルスにより駆動されてチャージポンピングにより一方向に電荷転送を行う昇圧ユニットを複数段直列接続して構成される。昇圧パルスを発生するのがオシレータ3である。リミッタ2は、昇圧電圧VPPを監視して、一定レベルで昇圧動作を停止するべく、オシレータ3を制御する。これにより、図23に示すような昇圧電圧VPPの特性が得られる。
【0003】
一般にオシレータ3は、電源電圧依存性を有し、電源電圧が高くなるとポンピングの周期は早くなる。また昇圧回路1の能力も電源電圧が高くなると大きくなる。従って、オシレータ3の電源電圧依存性と昇圧回路1の電源電圧依存性によって、昇圧電圧VPPの立ち上がり特性は電源電圧により大きく変化する。
【0004】
通常、昇圧回路の設計には、立ち上がり速度と電流供給能力に留意して、最悪条件下で一定の条件を満たすように昇圧ユニットのサイズを決定する。例えば、電源仕様が2.1Vから3.8Vといった広範囲にわたる場合には、昇圧回路の能力は、2.1Vで転送トランジスタのしきい値が高めにばらついた条件を想定して決定する。このため、3.8Vでしきい値が低めになった場合は、昇圧回路の能力が高くなりすぎ、昇圧電圧のオーバーシュートやリップルが大きな問題になる。
【0005】
この様な問題を解決するため、図24に示すように、オシレータ3の出力する昇圧パルスをクランプ回路4により振幅制限して昇圧回路1に与える方式が提案されている。クランプ回路4は、クランプ基準電圧CLrefを入力することにより、電源電圧によらず一定のクランプレベルで振幅制限された昇圧パルスを発生するように構成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図24の方式を用いれば、昇圧回路の電源電圧依存性なくなり、特に高電源電圧で昇圧電圧のオーバーシュートやリップルを改善できる。
しかしこの方式は、昇圧回路のすべての昇圧ユニットに対してクランプ動作を行うため、電源電圧が低くなった場合に昇圧能力の低下が問題になる。低電源電圧での昇圧能力を確保しようとすると、クランプレベルをあまり低くすることはできず、従ってオーバーシュートやリップルが残る。
【0007】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、広い電源電圧範囲で必要な昇圧能力を発揮できしかもオーバーシュートやリップル低減を可能とした昇圧回路を内蔵する半導体装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ回路と、前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路とを備えた半導体装置において、前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側から複数の領域に分けられ、前記クランプ回路は、前記複数の領域のうち出力段側の昇圧ユニットに対して電源負荷側の昇圧ユニットに比べて大きく振幅制限された昇圧パルスを与えるように構成されていることを特徴とする。
【0009】
この発明によると、複数段の昇圧ユニットの昇圧パルスのクランプレベルを、昇圧出力端子側で低く設定することにより、オーバーシュートやリップルを小さく抑えることができる。電源負荷側の昇圧ユニットではクランプレベルが高く、従って昇圧パルスの振幅制限が小さいため、電源電圧が低い場合も十分な昇圧能力が得られる。
【0010】
この発明の具体的な態様として、例えば、複数段の昇圧ユニットは、電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、昇圧出力端子側において併設された第2の領域及び第3の領域とに分けられる。
この場合、クランプ回路による昇圧パルスのクランプによる昇圧モードとして、次のようなモードが考えられる。
【0011】
第1モードでは、クランプ回路は、第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、第2の領域に対して昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中でリミッタ回路からのフラグ信号に基づいて動作停止するように構成され、第3の領域に対して、第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成される。
【0012】
第2モードでは、クランプ回路は、第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中でリミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて動作停止するように構成され、第3の領域に対して、第2のクランプレベルを持つように構成される。
【0013】
第3モードでは、クランプ回路は、第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中でリミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて動作停止するように構成され、第3の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中でリミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成される。
【0014】
上述の各昇圧モードにおいては、好ましくは、第2の領域の昇圧ユニットは、昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量が、第1の領域に比べて小さく、第3の領域に比べて大きく設定されるものとする。
【0015】
この発明の他の態様として、複数段の昇圧ユニットは、電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、昇圧出力端子側の第2の領域に分けられる。
この場合、昇圧ユニットの昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量切り換えと、クランプ回路による昇圧パルスのクランプによる昇圧モードとして、次のような第4乃至第6モードが考えられる。
【0016】
第4モードでは、第2の領域の昇圧ユニットは、昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量が切り換え可能に構成され、クランプ回路は、第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、第2の領域に対して、第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成され、且つ第2の領域の昇圧ユニットのキャパシタの容量が、昇圧動作の途中でリミッタ回路からのフラグ信号に基づいて大きい値から小さい値に切り換えられる。
【0017】
第5モードでは、クランプ回路は、第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中でリミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成される。
【0018】
第6モードでは、第2の領域の昇圧ユニットは、昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量が切り換え可能に構成され、クランプ回路は、第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中でリミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成され、且つ第2の領域の昇圧ユニットのキャパシタの容量が、昇圧動作の途中でリミッタ回路からのフラグ信号に基づいて大きい値から小さい値に切り換えられる。
【0019】
なおこの発明は、昇圧回路が4相駆動方式の場合と2相駆動方式の場合いずれにも有効である。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1による半導体装置における昇圧回路部の構成を示す。昇圧回路11は、後に説明するように、複数段の昇圧ユニットにより構成され且つ、複数段が3つの領域に分けられている。オシレータ13は、昇圧回路11を駆動するための昇圧パルスFAIaを発生する回路であり、クランプ回路14は、オシレータ13からの昇圧パルスFAIaを、昇圧回路11の3つの領域に応じて最適のレベルで振幅制限して、昇圧回路11に与えられる昇圧パルスFAIb,FAIc,FAIdを発生する。リミッタ回路12は、昇圧回路11の昇圧出力電圧を監視して、オシレータ13やクランプ回路14を制御するフラグ信号ENB1,ENB2を出力する。
【0021】
昇圧回路11が4相駆動型の場合には、図2に示すように、オシレータ13が出力する昇圧パルスFAIaは、φ3a,φ4a,φ5a,φ6aの4相パルスであり、これがクランプ回路14において、昇圧回路11の領域A,B,Cに対してそれぞれ最適化された4相の昇圧パルスFAIb,FAIc,FAIdを出力する。
昇圧回路11が2相駆動型の場合には、図3に示すように、オシレータ13が出力する昇圧パルスFAIaは、φ1a,φ2aの2相パルスであり、これがクランプ回路14において、昇圧回路11の領域A,B,Cに対してそれぞれ最適化された2相の昇圧パルスFAIb,FAIc,FAIdを出力する。
【0022】
図4は、4相駆動の場合の昇圧回路11の構成を示している。昇圧回路11は、ダイオード接続されたNMOSトランジスタQN0からなる電源負荷を介して、電源VCCと昇圧出力端子VPPの間に複数の昇圧ユニットを接続して構成される。図4の場合、電源負荷側の4段の昇圧ユニットAUの範囲が第1の領域Aであり、出力端子側には第2の領域Bと第3の領域Cが併設されている。第2の領域Bは2つの昇圧ユニットBU,BU(OUT)からなり、第3の領域Cは同様に、2つの昇圧ユニットCU,CU(OUT)からなる。
【0023】
図5は、2相駆動の場合の昇圧回路11の構成を示している。昇圧回路11は、ダイオード接続されたNMOSトランジスタQN0からなる電源負荷を介して、電源VCCと昇圧出力端子VPPの間に複数の昇圧ユニットを接続して構成される。この図5の場合も、電源負荷側の4段の昇圧ユニットAUの範囲が第1の領域Aであり、出力端子側には第2の領域Bと第3の領域Cが併設されている。第2の領域Bは2つの昇圧ユニットBUからなり、第3の領域Cは同様に、2つの昇圧ユニットCUからなる。
【0024】
4相駆動の場合の昇圧ユニットAU,BU,CUは、図6(a)のように構成される。ノードN1,N2の間で一方向に電荷転送するためのNMOSトランジスタQN1と、このNMOSトランジスタQN1のゲートとドレインの間に介在させたNMOSトランジスタQN2を有する。ノードN1及びNMOSトランジスタQN1のゲートには、それぞれ昇圧パルスで駆動されるキャパシタC1,C2が接続されている。NMOSトランジスタQN2は、各サイクルの電荷転送動作の初期に、転送用NMOSトランジスタQN1のゲートを充電するために設けられている。実際には隣接する二つの昇圧ユニットの間で、図8に示すような4相の昇圧パルスφ3〜φ6が与えられる。
【0025】
4相駆動の場合の最終段昇圧ユニットBU(OUT),CU(OUT)は、図6(b)に示すように、通常の転送段と異なり、転送用NMOSトランジスタQN1と別に、出力用NMOSトランジスタQN3が併設される。ノードN2には、ダミーのキャパシタC3が接続される。
【0026】
2相駆動の場合の昇圧ユニットAU,BU,CUは、図7に示すように、ノードN1,N2間に介在させた、ダイオード接続された一つの転送用NMOSトランジスタQN11とそのゲートを駆動するキャパシタC11とから構成される。この様な構成として、隣接する昇圧ユニットの間が図9に示すような2相の昇圧パルスφ1,φ2により駆動される。
【0027】
この実施の形態において、基本的な特徴は、昇圧回路11の前段の領域Aには一定のクランプレベルの昇圧パルスが用いられ、後段の領域B,Cでは少なくとも一つの昇圧ユニットに対して、領域Aに対するクランプレベルより低いクランプレベルを持つ昇圧パルスが用いられることである。更に、より具体的には、領域B,Cでは、場合により昇圧動作の途中で昇圧動作を停止し、或いは昇圧動作の途中でクランプレベルを切り換えるように、クランプ回路が構成される。
【0028】
図10は、この実施の形態での昇圧電圧波形を示している。この実施の形態では、上述のように昇圧回路の領域B,Cに対して、途中で動作停止やクランプレベル切り換えを行うために、リミッタ回路12は二つの検知レベルV1,V2を持つ。即ちリミッタ回路12は、第1の検知レベルV1で昇圧動作を停止するためのフラグ信号ENB1を出力し、第1の検知レベルV1より低い第2の検知レベルV2で、領域B,Cの動作制御を行うフラグ信号ENB2を出力する。
【0029】
図1に示すように、一方のフラグ信号ENB1は、オシレータ13及びクランプ回路14に活性化信号として供給され、他方のフラグ信号ENB2は、クランプ回路14の一部(即ち、昇圧回路11の領域B,Cに対応する部分)に、動作制御信号として供給される。またクランプ回路14には、昇圧パルスのクランプレベルを決定するための二つのクランプ基準電圧CLref1,CLref2が与えられる。二つのクランプ基準電圧CLref1,CLref2を必要とするのは、領域BやCの昇圧パルスのクランプレベルを領域毎に、或いはフラグ信号ENB2による制御により切り換えるためである。
【0030】
以上のように、クランプ回路14は、昇圧回路11の各領域A,B,C毎に異なる構成となる。その詳細は後述するが、この実施の形態において、図10の昇圧電圧波形との関係で、昇圧回路11の各領域A,B,Cに対して供給される昇圧パルスの3つのモードをまとめて示している。
【0031】
なおこの実施の形態において、昇圧回路11の領域Bの昇圧ユニットの容量は、領域Cのそれより大きく設定されているものとする。具体的に、領域Aの容量を1として、領域Bは0.8、領域Cは0.2に設定される。ここで、”昇圧ユニットの容量”とは、昇圧パルスが印加されるポンピング用キャパシタ(図6の4相駆動の場合、C1,C2、図7の2相駆動の場合、C11)の容量を指している。この容量の大小は、昇圧ユニット自体の電荷転送能力の大小に対応する。
【0032】
図11において、φAは、クランプ基準電圧CLref1により振幅制限された昇圧パルスであり、φBは、クランプ基準電圧CLref1より低いクランプ基準電圧CLref2により振幅制限された昇圧パルスを示している。また、図11では、図10の昇圧特性のうち、昇圧動作開始から第2の検知レベルV2までの期間Xと、第2の検知レベルV2から第1の検知レベルV1までの期間Yについて、どの様に昇圧パルスが制御されるかを示している。
【0033】
図11の各昇圧モードは、後に説明する各領域に対応するクランプ回路の構成により、いずれかに固定的に設定されるもので、4相駆動の場合と2層駆動の場合に共通である。第1モードでは、昇圧回路11の領域Aに対して、期間X,Yに拘わらず、従って昇圧動作の全期間にわたって、昇圧パルスφAが用いられる。領域Bに対しては、期間Xでは昇圧パルスφAが用いられ、期間Yでは、動作停止とされる。領域Cに対しては、全期間にわたって、クランプレベルの低い昇圧パルスφBが用いられる。
【0034】
第2モードでは、昇圧回路11の領域Aに対して、昇圧動作の全期間にわたって、昇圧パルスφAが用いられる。領域Bに対しては、期間Xでは昇圧パルスφBが用いられ、期間Yでは、動作停止とされる。領域Cに対しては、全期間にわたって、ランプレベルの低い昇圧パルスφBが用いられる。
第3モードでは、昇圧回路11の領域Aに対して、昇圧動作の全期間にわたって、昇圧パルスφAが用いられる。領域Bに対しては、期間Xでは昇圧パルスφAが用いられ、期間Yでは、動作停止とされる。領域Cに対しては、期間Xに昇圧パルスφAが用いられ、期間Yではクランプレベルの低い昇圧パルスφBが用いられる。
【0035】
これらの第1乃至第3モードに共通する特徴は、昇圧回路の前段の領域Aには振幅制限の小さい昇圧パルスφAが用いられ、出力段側の領域B,Cでは振幅制限の大きい昇圧パルスφBが用いられることである。従って、電源電圧の低い場合にも、領域Aでは振幅制限が小さいため、十分な昇圧能力が得られる。また電源電圧が高い場合には、領域B,Cに対するクランプレベルの低い昇圧パルスφBによって、オーバーシュートやリップルの小さい昇圧特性が得られる。
【0036】
より具体的に、第1モードに設定すれば、後段の領域Bを昇圧動作の途中で動作停止とするから、図10に示すように、途中まで昇圧速度が速く、その後昇圧速度が低下する昇圧カーブが得られる。また、領域Cに対しては低いクランプレベルの昇圧パルスφBを用いているから、領域Bの動作停止と相俟って、オーバーシュート及びリップルが小さくなる。
第2モードでは、第1モードに比べて、初期の昇圧速度が更に低くなり、オーバーシュート及びリップルが更に小さくなる。
第3モードでは、第1モードと第2モードに比べて初期の昇圧速度が速く、その分オーバーシュートやリップルが大きいが、領域Bの動作停止と領域Cのクランプレベル切り換えにより、従来に比べてやはりオーバーシュートやリップルは小さくなる。
【0037】
以上のように、昇圧回路11の各領域毎に異なる昇圧パルスを与えるために、クランプ回路14は、各領域A,B及びCに応じてそれぞれ、図12A,図12B及び図12Cのように構成される。
【0038】
図12Aのクランプ回路は、オシレータ13の出力パルスがインバータINV1を介して供給される、PMOSトランジスタQP21とNMOSトランジスタQN21からなるCMOSドライバ121を基本とする。PMOSトランジスタQP21のソースは、クランプ用のDタイプNMOSトランジスタQN22を介して電源VCCに接続される。このNMOSトランジスタQN22のゲートにクランプ基準電圧CLrefが与えられる。PMOSトランジスタQP21のソースはまた、クランプ動作停止時にこのソースノードがフローティングになることを防止するために、フラグ信号ENB1により制御されるPMOSトランジスタQP22を介して電源VCCに接続されている。
【0039】
図12Bに示す領域B用のクランプ回路は、図12Aと同様の構成のCMOSドライバ122を有し、これに加えて、PMOSトランジスタQP21とNMOSトランジスタQN22の間に、第2の検知レベルV2で発生されるフラグ信号ENB2が“H”のときにオンするPMOSトランジスタQP23が挿入されている。更に、ドライバ122の出力端子には、フラグ信号ENB2が“L”のときにオンして出力をリセットするためのNMOSトランジスタQN23が設けられている。
【0040】
図12Cに示す領域C用のクランプ回路は、図12Aと同様の構成のCMOSドライバ123を有し、これに加えて、NMOSトランジスタQN22のゲートに、異なるクランプ基準電圧CLref1,CLref2を切り換えて供給する切り換え回路124が設けられている。
【0041】
これらのクランプ回路本体に用いられるクランプ基準電圧CLrefの発生回路は、図13AのようにオペアンプOPを用いて構成される。オペアンプOPの一つの入力端に基準電圧Vrefが入り、その出力によりゲートが制御される電流源PMOSトランジスタQP41と抵抗R1を直列接続した出力回路131が設けられる。PMOSトランジスタQP41と抵抗R1の接続ノードがクランプ基準電圧CLrefの出力端子となる。この出力端子には、DタイプのNMOSトランジスタQN41と抵抗R2,R3の直列回路からなるモニター回路が設けられ、抵抗R2,R3の接続ノードのモニター電圧VmがオペアンプOPの他の入力端子に帰還される。
これにより、基準電圧Vrefに基づいて安定なクランプ基準電圧CLrefが発生される。
【0042】
図12A〜図12Cのクランプ回路では、昇圧動作の間“H”であるフラグ信号ENB1により、PMOSトランジスタQP22はオフである。従って、クランプ用NMOSトランジスタQN22のしきい値と、そのゲートに印加されるクランプ基準電圧CLrefにより振幅制限された昇圧パルス出力OUTA,OUTB,OUTCを出す。この様に、昇圧動作の全期間にわたって出力される昇圧パルスをクランプすることにより、昇圧パルスの電源電圧依存性がないようにしていることが、これらのクランプ回路本体の基本的な特徴である。
【0043】
そして、領域Bに対する図12Bのドライバ122は、昇圧動作初期は、フラグ信号ENB2が“H”であって、PMOSトランジスタQP23がオン、従って活性状態に保たれる。第2の検知レベルV2でフラグ信号ENB2が“L”になると、PMOSトランジスタQP23がオフになる。従って図11に示したように、領域Bに対するクランプ回路のドライバ122は、昇圧動作の途中から期間Yでは動作停止する。
【0044】
また、図11に示すように、各モードの昇圧パルスφA,φBは、クランプ基準電圧CLrefにより決められる。
例えば、第1モードの場合には、図12Aのクランプ回路と図12Bのクランプ回路に与えるクランプ基準電圧をCLref=CLref1とし、図12Bのクランプ回路に与えるクランプ基準電圧をCLref=CLref2とする。
第2モードの場合には、図12Aのクランプ回路に与えるクランプ基準電圧をCLref=CLref1とし、図12Bと図12Cのクランプ回路に与えるクランプ基準電圧をCLref=CLref2とする。
【0045】
図11に示す第3モードでは、領域Cについて、昇圧動作の途中から昇圧パルスがφAからφBに切り換えられる。これは、図12Cのクランプ回路に与えるクランプ基準電圧を、切り換え回路124により途中で切り換えることで行われる。この様な昇圧パルスのクランプレベル切り換えを必要とするモードの場合には、クランプ基準電圧発生回路として、図13Bのように、二つのクランプ基準電圧CLref1,CLref2を発生できるものを用いればよい。
【0046】
図13Bは、図13Aの構成を基本として、電流源PMOSトランジスタQP41を共通にする2系統の出力回路131,132を設けたものである。即ち、一方の出力回路131側は抵抗R1により決まるクランプ基準電圧CLref1を発生するものであり、他方の出力回路132は、抵抗R4とR5により分圧された、CLref1より低いクランプ基準電圧CLref2を発生するものである。
【0047】
各出力回路131,132には、スイッチ用NMOSトランジスタQN42,QN43がそれぞれ挿入されている。出力回路132側のNMOSトランジスタQN43は、フラグ信号ENB2をインバータINV3で反転した信号で駆動され、出力回路131側のNMOSトランジスタQN42はフラグ信号ENB2で駆動される。
【0048】
従ってこの図13Bのクランプ基準電圧発生回路では、昇圧電圧の第2の検知レベルV2に達するまでの期間Xでは、ENB2=“H”により、出力回路131側が活性、出力回路132は非活性であり、クランプ基準電圧CLref1が出力される。第2の検知レベルV2に達してフラグ信号ENB2が“L”になると、出力回路131は非活性、出力回路132が活性になり、従って期間Yではより低いクランプ基準電圧CLref2が得られる。
【0049】
これらのクランプ基準電圧CLref1,CLref2が、図12Cのクランプ基準電圧の入るNMOSトランジスタQN22のゲートに切り換えて供給されるようにする。これにより、図11の第3モードが実現される。即ち、領域Cに対しては、クランプ基準電圧VLref1,CLref2の切り換えにより、ドライバ123からクランプレベルの異なる昇圧パルスφA,φBが期間X,Yに応じて与えられる。領域Bでは、前述したように、期間Xに、クランプ基準電圧CLref1により振幅制限された昇圧パルスφAが与えられ、期間Yは動作停止する。
【0050】
以上のようにこの実施の形態によれば、昇圧回路の出力段部をその前段より振幅制限の大きい昇圧パルスで駆動することにより、広い電源電圧範囲で必要な昇圧能力が得られ、しかもオーバーシュートやリップルの小さい昇圧特性が得られる。特に、昇圧回路の出力段部を容量の異なる二つの領域B,Cの併設構造とし、これらの領域B,Cに対して昇圧動作の途中で動作停止、或いは昇圧パルスのレベル切り換えを行うことにより、昇圧速度を確保しながら、オーバーシュートやリップルを効果的に低減することができる。
【0051】
[実施の形態2]
図14は、別の実施の形態による半導体装置の昇圧回路部の構成である。基本的な構成は図1と同様であるが、先の実施の形態と異なりこの実施の形態では、昇圧回路11が二つの領域A,Bに分けられている。即ち、4相駆動の場合の昇圧回路11は、図17に示すように、前段部の昇圧ユニットAUにより構成される領域Aと、出力段部の昇圧ユニットBU,BU(OUT)により構成される領域Bに分けられている。2相駆動の場合の昇圧回路11は、図18に示すように、前段部の昇圧ユニットAUにより構成される領域Aと、出力段部の昇圧ユニットBU,BU(OUT)により構成される領域Bに分けられている。
【0052】
オシレータ13からの昇圧パルスFAIaは、4相駆動の場合、図15に示すように、φ3a,φ4a,φ5a,φ6aからなる。2相駆動の場合は図16に示すように、昇圧パルスFAIaは、φ1a,φ2aからなる。これらの昇圧パルスFAIaは、クランプ回路14により、昇圧回路11の2つの領域A,Bに対して、最適のクランプレベルをもって振幅制限された昇圧パルスFAIb,FAIcとして与えられる。
【0053】
この実施の形態の場合、昇圧回路11の領域Bの昇圧ユニットは、容量が切り換え可能に構成されている。ここで”昇圧ユニットの容量”とは、先の実施の形態で説明したと同様に、昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量をいう。具体的に、昇圧回路11の昇圧ユニット構成を示すと、4相駆動の場合は図19にようになり、2相駆動の場合は図20のようになる。
【0054】
4相駆動の場合の領域Aの昇圧ユニットAUは、図19(a)に示すように、先の実施の形態と同様である。領域Bの昇圧ユニットBUは、図19(b)に示すように、ノードN1に二つのポンピング用キャパシタC11,C12が切り換えスイッチ191により切り換え可能に接続されている。同様にNMOSトランジスタQN1のゲートにも二つのキャパシタC21,C22が切り換えスイッチ192により切り換え可能に接続されている。
【0055】
キャパシタC11の容量は、キャパシタC12のそれより大きく、またキャパシタC21の容量はキャパシタC22のそれより大きい。これが”昇圧ユニットの容量”の差であり、キャパシタC11,C21を用いたときに昇圧ユニットの能力は、キャパシタC12,C22を用いた場合に比べて大きい。
切り換えスイッチ191,192は、先の実施の形態におけると同様、昇圧動作の途中で第2の検知レベルを検知して発生されるフラグ信号ENB2により制御される。
【0056】
4相駆動の場合の領域Bの最終段昇圧ユニットBU(OUT)は、図19(c)に示すように、図19(b)の構成を基本として、転送用NMOSトランジスタQN1に対して並列に出力用NMOSトランジスタQN3を設け、且つノードN2にダミーのキャパシタC31,C32を接続して構成される。
【0057】
2相駆動の場合の領域Aの昇圧ユニットAUは、図20(a)に示すように、転送用NMOSトランジスタQN11とキャパシタC11とから構成される。これは先の実施の形態と同じである。出力段の領域Bの昇圧ユニットBUは、図20(b)に示すように、二つのキャパシタC111,C112を併設して、これらを切り換えスイッチ201により切り換え可能に構成されている。キャパシタC111の容量は、キャパシタC112のそれより大きい。これにより、昇圧ユニットの容量切り換えが可能とされている。切り換えスイッチ201は、やはり第2のフラグ信号ENB2により制御される。
【0058】
この実施の形態での昇圧動作モードを、先の実施の形態の図11に対応させて図21に示す。図10の特性図を用いて、先の実施の形態と同様にその昇圧特性の第2の検知レベルV2で第2のフラグ信号ENB2を出力すること、その前後の期間をX,Yとすること、更に二種の昇圧パルスφA,φBの関係について、先の実施の形態と同様である。
【0059】
第4モードの場合、領域Aに対しては、期間X,Yを通じて昇圧パルスφAが用いられる。領域Bに対しては、期間X,Yを通じて昇圧パルスφBが用いられるが、昇圧ユニットの容量が、期間Xでの容量1から期間Yでは容量2に切り換えられる。但し、容量1は容量2より大である。この場合、クランプ回路14には、図12Aのクランプ回路本体を用い、領域A,Bで異なるクランプ基準電圧CLref1,CLref2を与えればよい。
【0060】
第5モードの場合、領域Aに対しては、期間X,Yを通じて昇圧パルスφAが用いられる。領域Bに対しては、期間Xで昇圧パルスφAが用いられ、期間Yでは昇圧パルスφBが用いられる。この昇圧パルスの切り換えは、先の実施の形態で説明した図13Bのクランプ基準電圧発生回路を用い、フラグ信号ENB2で有効性が決まるクランプ基準電圧CLref1,CLref2を図12Cのクランプ回路本体に切り換えて与えるようにすればよい。この第5モードでは、領域Bの容量切り換えは行わない。
【0061】
第6モードの場合、領域Aに対しては、期間X,Yを通じて昇圧パルスφAが用いられる。領域Bに対しては、期間Xで昇圧パルスφAが用いられ、期間Yでは昇圧パルスφBが用いられる。昇圧ユニットの容量も、期間Xでの容量1から期間Yでは容量2に切り換えられる。
【0062】
以上の3の昇圧モードが先の実施の形態と共通する点は、少なくとも昇圧回路が領域分けされて、出力段側においてその前段よりも振幅制限した昇圧パルスが用いられることである。これにより、広い電源電圧範囲で必要な昇圧能力の確保し、オーバーシュート及びリップル低減というあ基本的な特徴が得られる。
第4モードでは、昇圧パルスのクランプレベル切り換えは行わないが、出力段側の領域Bについて、昇圧特性の後半で昇圧ユニットの容量を小さい方に切り換えており、これにより、オーバーシュート及びリップルの低減が図られている。
第5モードでは、出力段側の領域Bについて昇圧動作の途中でクランプレベル切り換えを行っており、やはりオーバーシュート及びリップルの低減が図られている。
第6モードでは、出力段側の領域Bについて、昇圧動作の途中でクランプレベル切り換えと共に、容量切り換えも行っており、オーバーシュート及びリップルの一層の低減が図られる。
【0063】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、広い電源電圧範囲で必要な昇圧能力を発揮できしかもオーバーシュートやリップル低減を可能とした昇圧回路を内蔵する半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態による半導体装置の昇圧回路部の構成を示す図である。
【図2】同実施の形態の4相駆動の場合の昇圧パルス分配の様子を示す図である。
【図3】同実施の形態の2相駆動の場合の昇圧パルス分配の様子を示す図である。
【図4】同実施の形態の4相駆動の昇圧回路の構成を示す図である。
【図5】同実施の形態の2相駆動の昇圧回路の構成を示す図である。
【図6】同実施の形態の4相駆動昇圧回路の昇圧ユニットの構成を示す図である。
【図7】同実施の形態の2相駆動昇圧回路の昇圧ユニットの構成を示す図である。
【図8】同実施の形態の4相駆動の場合の昇圧パルス波形を示す図である。
【図9】同実施の形態の2相駆動の場合の昇圧パルス波形を示す図である。
【図10】同実施の形態の昇圧電圧特性を示す図である。
【図11】同実施の形態における昇圧モードを示す図である。
【図12A】同実施の形態の領域A用のクランプ回路本体の構成を示す図である。
【図12B】同実施の形態の領域B用のクランプ回路本体の構成を示す図である。
【図12C】同実施の形態の領域C用のクランプ回路本体の構成を示す図である。
【図13A】同実施の形態のクランプ基準電圧発生回路の構成を示す図である。
【図13B】同実施の形態の他のクランプ基準電圧発生回路の構成を示す図である。
【図14】この発明の他の実施の形態による半導体装置の昇圧回路部の構成を示す図である。
【図15】同実施の形態の4相駆動の場合の昇圧パルス分配の様子を示す図である。
【図16】同実施の形態の2相駆動の場合の昇圧パルス分配の様子を示す図である。
【図17】同実施の形態の4相駆動の昇圧回路の構成を示す図である。
【図18】同実施の形態の2相駆動の昇圧回路の構成を示す図である。
【図19】同実施の形態の4相駆動昇圧回路の昇圧ユニットの構成を示す図である。
【図20】同実施の形態の2相駆動昇圧回路の昇圧ユニットの構成を示す図である。
【図21】同実施の形態における昇圧モードを示す図である。
【図22】従来の昇圧回路構成を示す図である。
【図23】同昇圧回路の昇圧電圧特性を示す図である。
【図24】クランプ回路を用いた従来の昇圧回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
11…昇圧回路、12…リミッタ回路、13…オシレータ、14…クランプ回路。
Claims (9)
- 電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、
この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路と
を備えた半導体装置において、
前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、前記昇圧出力端子側において併設された第2の領域及び第3の領域とに分けられ、
前記クランプ回路は、前記第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、前記第2の領域に対して昇圧動作の初期に前記第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路からのフラグ信号に基づいて動作停止するように構成され、第3の領域に対して、前記第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、
この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路と
を備えた半導体装置において、
前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、前記昇圧出力端子側において併設された第2の領域及び第3の領域とに分けられ、
前記クランプ回路は、前記第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、前記第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて動作停止するように構成され、前記第3の領域に対して、第2のクランプレベルを持つように構成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、
この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路と
を備えた半導体装置において、
前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、前記昇圧出力端子側において併設された第2の領域及び第3の領域とに分けられ、
前記クランプ回路は、前記第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、前記第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて動作停止するように構成され、前記第3の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、
この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路と
を備えた半導体装置において、
前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、前記昇圧出力端子側において併設された第2の領域及び第3の領域とに分けられ、
前記第2の領域の昇圧ユニットは、昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量が、前記第1の領域に比べて小さく、前記第3の領域に比べて大きく設定されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、
この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路と
を備えた半導体装置において、
前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、前記昇圧出力端子側の第2の領域に分けられ、
前記第2の領域の昇圧ユニットは、昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量が切り換え可能に構成され、
前記クランプ回路は、前記第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、前記第2の領域に対して、第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成され、且つ
前記第2の領域の昇圧ユニットのキャパシタの容量が、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路からのフラグ信号に基づいて大きい値から小さい値に切り換えられる
ことを特徴とする半導体装置。 - 電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、
この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路と
を備えた半導体装置において、
前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、前記昇圧出力端子側の第2の領域に分けられ、
前記クランプ回路は、前記第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、前記第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 電源負荷と昇圧出力端子の間に複数段の昇圧ユニットを接続して構成される昇圧回路と、
この昇圧回路の各昇圧ユニットを駆動する昇圧パルスの振幅を制限するためのクランプ 回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を監視して前記昇圧回路及びクランプ回路の制御を行うリミッタ回路と
を備えた半導体装置において、
前記複数段の昇圧ユニットは、前記電源負荷側の所定段数を含む第1の領域と、前記昇圧出力端子側の第2の領域に分けられ、
前記第2の領域の昇圧ユニットは、昇圧パルスが印加されるキャパシタの容量が切り換え可能に構成され、
前記クランプ回路は、前記第1の領域に対して第1のクランプレベルを持ち、前記第2の領域に対して、昇圧動作の初期に第1のクランプレベルを持ち、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路から得られるフラグ信号に基づいて第1のクランプレベルより低い第2のクランプレベルを持つように構成され、且つ
前記第2の領域の昇圧ユニットのキャパシタの容量が、昇圧動作の途中で前記リミッタ回路からのフラグ信号に基づいて大きい値から小さい値に切り換えられる
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記昇圧回路は、4相駆動方式であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の半導体装置。
- 前記昇圧回路は、2相駆動方式であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の半導体装置。
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