JP4202961B2 - Semiconductor device - Google Patents

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本発明は昇圧回路を備えた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a booster circuit.

図15は、従来の半導体装置に内蔵されている昇圧回路10の回路図である(特許文献1参照)。昇圧回路10は、入力INと出力OUTとの間に直列に接続されたトランジスタQNA〜QNAと、各トランジスタQNA〜QNAにそれぞれの一端が接続されたキャパシタCA〜CAとを有する。キャパシタCA〜CAの他端は、電圧変換部12を介してクロック供給源に接続されている。 FIG. 15 is a circuit diagram of a booster circuit 10 built in a conventional semiconductor device (see Patent Document 1). Booster circuit 10 includes a transistor QNA 1 ~QNA m connected in series between the input IN and output OUT, and a capacitor CA 1 to CA m each end to the respective transistors QNA 1 ~QNA m is connected Have. The other ends of the capacitors CA 1 to CA m are connected to the clock supply source via the voltage converter 12.

電圧変換部12は、各キャパシタCA〜CAのそれぞれの他端に接続された電圧変換回路VB〜VBを有する。電圧変換回路VB〜VBは1つおきに互いに逆相のクロック信号ΦまたはΦバーを受け、これらのクロック信号の電圧を昇圧してキャパシタCA〜CAへ供給する。クロック信号ΦまたはΦバーのタイミングチャートは図17に示すとおりである。これにより、昇圧部11は、入力電圧Vinを昇圧して入力電圧Vinよりも高い出力電圧Voutを出力する。 Voltage converter 12 has a voltage conversion circuit VB 1 through Vb m connected to the other ends of the capacitors CA 1 to CA m. The voltage conversion circuits VB 1 to VB m receive clock signals Φ or Φ bars that are out of phase with each other, boost the voltages of these clock signals, and supply them to the capacitors CA 1 to CA m . The timing chart of the clock signal Φ or Φ bar is as shown in FIG. Thereby, the booster 11 boosts the input voltage Vin and outputs an output voltage Vout higher than the input voltage Vin.

図16は、電圧変換回路VB〜VBのうちの1つ(以下、電圧変換回路VBという)の構成を示す回路図である。電圧変換回路VBは、一端がn型トランジスタQNB〜QNBを介して電圧源Vinに接続され、他端がn型トランジスタQNC〜QNCを介して接地されたキャパシタCB〜CBを含む複数の昇圧段を有する。電圧変換回路VBは、p型トランジスタQPA〜QPAをさらに有する。トランジスタQPA〜QPAは、入力と出力との間に全キャパシタCB〜CBを直列に接続することができる。 FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of one of the voltage conversion circuits VB 1 to VB m (hereinafter referred to as voltage conversion circuit VB). The voltage conversion circuit VB, one end connected to the voltage source Vin through an n-channel transistor QNB 1 ~QNB k, the capacitor CB 1 to CB k which is grounded through the other end n-type transistor QNC 1 ~QNC k A plurality of boosting stages. Voltage conversion circuit VB further includes p-type transistors QPA 1 to QPA k . The transistors QPA 1 to QPA k can connect all the capacitors CB 1 to CB k in series between the input and the output.

トランジスタQNB〜QNBおよびQNC〜QNCとトランジスタQPA〜QPAは、導電型が異なるので、クロック信号ΦまたはΦバーによって交互にスイッチングする。クロック信号ΦまたはΦバーがハイであるときには各キャパシタCB〜CBが入力電圧Vinとグランドとの間に並列に接続され、クロック信号ΦまたはΦバーがロウであるときには入力電圧Vinと出力CLKOUTとの間に直列接続される。クロック信号ΦまたはΦバーが図17に示すようにハイおよびロウを繰り返すことにより、電圧変換回路VBは、出力CLKOUTからキャパシタCA〜CAのいずれかの他端へ入力電圧Vinを昇圧して出力する。
特開2002−51538号公報
Transistors QNB 1 to QNB k and QNC 1 to QNC k and transistors QPA 1 to QPA k have different conductivity types, and are therefore switched alternately by the clock signal Φ or Φ bar. When the clock signal Φ or Φ bar is high, the capacitors CB 1 to CB k are connected in parallel between the input voltage Vin and the ground, and when the clock signal Φ or Φ bar is low, the input voltage Vin and the output CLKOUT. Are connected in series. As the clock signal Φ or Φ bar repeats high and low as shown in FIG. 17, the voltage conversion circuit VB boosts the input voltage Vin from the output CLKOUT to any one of the capacitors CA 1 to CA m. Output.
JP 2002-51538 A

ところで、半導体装置の外部から供給される電源電圧(以下単に、電源電圧ともいう)は消費電力を低減するために低いことが好ましい。従来から電源電圧は、5V、3.3V(または2.5V)と段階的に低下しており、近年、電源電圧は、3.3Vから1.8Vへ低下しつつある。このように電源電圧を低下させる過渡期においては、半導体装置は互いに異なる電源電圧に対応することが要求される。   By the way, it is preferable that the power supply voltage (hereinafter also simply referred to as power supply voltage) supplied from the outside of the semiconductor device is low in order to reduce power consumption. Conventionally, the power supply voltage has been gradually reduced to 5V, 3.3V (or 2.5V), and in recent years, the power supply voltage has been reduced from 3.3V to 1.8V. Thus, in the transition period in which the power supply voltage is lowered, the semiconductor device is required to cope with different power supply voltages.

また、通常動作において単一の電源電圧に対応する半導体装置であっても、出荷前の試験工程において、通常動作における電源電圧より高い電源電圧が使用される場合がある。例えば、初期不良を判別するために、不良を加速させて装置を不良させるバーンイン工程では、不良を加速するために高電圧が電源として使用される。よって、半導体装置が電圧の異なる複数の電源電圧に対応することは好ましい。   Even in a semiconductor device corresponding to a single power supply voltage in normal operation, a power supply voltage higher than the power supply voltage in normal operation may be used in a test process before shipment. For example, in order to determine an initial failure, a high voltage is used as a power source in a burn-in process in which the failure is accelerated to cause the device to fail. Therefore, it is preferable that the semiconductor device supports a plurality of power supply voltages having different voltages.

一般に、外部からの電源電圧がVccmin〜Vccmaxであるときに半導体装置の動作を保証する場合には、昇圧回路は、電源電圧がVccminのときに所望の出力電圧を出力するように設計される。内部供給電圧(以下単に、供給電圧ともいう)Vinは、外部からの電源電圧自体、または、これを降圧した電圧であり、この電源電圧に依存して増減する。よって、供給電圧VinがVinmin〜Vinmaxの範囲にあるとすると、昇圧回路は、供給電圧VinがVinminのときに所望の出力電圧を出力するように設計される。例えば、電源電圧Vccとして1.8Vおよび3Vの2つの異なるレンジの電圧が用いられた場合、Vcc=1.8Vレンジ(Vcc=1.5V〜2V)のときにVin=1.5Vであり、Vcc=3Vレンジ(Vcc=2.5V〜3.6V)のときにVin=2.5Vとすることができる。この場合、通常、昇圧回路10は、Vcc=1.5V、即ち、Vin=1.5Vのときに所望の出力電圧を出力するように設計される。   Generally, when the operation of the semiconductor device is guaranteed when the external power supply voltage is Vccmin to Vccmax, the booster circuit is designed to output a desired output voltage when the power supply voltage is Vccmin. The internal supply voltage (hereinafter, also simply referred to as supply voltage) Vin is an external power supply voltage itself or a voltage obtained by stepping down the power supply voltage, and increases or decreases depending on the power supply voltage. Therefore, when the supply voltage Vin is in the range of Vinmin to Vinmax, the booster circuit is designed to output a desired output voltage when the supply voltage Vin is Vinmin. For example, when voltages of two different ranges of 1.8 V and 3 V are used as the power supply voltage Vcc, Vin = 1.5 V when Vcc = 1.8 V range (Vcc = 1.5 V to 2 V), When Vcc = 3V range (Vcc = 2.5V to 3.6V), Vin = 2.5V can be set. In this case, normally, the booster circuit 10 is designed to output a desired output voltage when Vcc = 1.5V, that is, Vin = 1.5V.

しかし、この場合、電源電圧VccがVccmax側にあるとき、あるいは、バーンイン工程において電源電圧VccがVccmaxよりも高いときに、供給電圧Vinが電源電圧Vccに応じて高く設定されると、昇圧回路10は過剰な昇圧能力を有することになる。例えば、昇圧回路10がVcc=1.5VかつVin=1.5Vのときに所望の出力電圧を出力するように設計された場合、昇圧回路10は、Vcc=3VでVin=2.5V(>1.5V)と設定されているときには過剰な能力を有する。   However, in this case, if the supply voltage Vin is set higher according to the power supply voltage Vcc when the power supply voltage Vcc is on the Vccmax side or when the power supply voltage Vcc is higher than Vccmax in the burn-in process, the booster circuit 10 Will have excessive boost capability. For example, when the booster circuit 10 is designed to output a desired output voltage when Vcc = 1.5V and Vin = 1.5V, the booster circuit 10 has Vcc = 3V and Vin = 2.5V (> When it is set at 1.5V), it has excessive capacity.

さらに、比較的高い電源電圧Vccに応じて供給電圧Vinを高く設定した場合は、電圧変換回路VBにおいて総ての昇圧段が供給電圧Vinに基づいて昇圧するので、電圧変換回路VB内のトランジスタに過剰な電圧が印加される。よって、トランジスタQNB〜QNBの一部または総てを高耐圧トランジスタにしなければならない。高耐圧トランジスタは、低耐圧トランジスタと比べてコンダクタンスが低いので、低耐圧トランジスタと同程度のコンダクタンスを維持するためにサイズ(チャネル幅)をより大きくする必要がある。その結果、寄生容量が増加するので電圧変換回路VBの動作効率が低下するという問題、並びに、昇圧回路10の回路面積が大きくなるという問題が生じる。 Further, when the supply voltage Vin is set high according to the relatively high power supply voltage Vcc, all the boosting stages in the voltage conversion circuit VB boost based on the supply voltage Vin, so that the transistors in the voltage conversion circuit VB Excess voltage is applied. Therefore, some or all of the transistors QNB 1 to QNB k must be high voltage transistors. Since the high breakdown voltage transistor has a lower conductance than the low breakdown voltage transistor, it is necessary to increase the size (channel width) in order to maintain the same conductance as the low breakdown voltage transistor. As a result, the parasitic capacitance increases, so that there are problems that the operation efficiency of the voltage conversion circuit VB is reduced and that the circuit area of the booster circuit 10 is increased.

上記問題に対処するために、例えば、Vcc=3VのときにもVinを1.5Vにすることができる。しかし、Vcc=3Vを1.5Vにまで降圧することは、電力の無駄を生じるので好ましくない。即ち、Vcc=3Vレンジでの消費電力についてみると、Vcc=1.8VレンジとVcc=3Vレンジとの両方に対応した製品の消費電流は、Vcc=3Vレンジのみに対応した製品の消費電流に比べると大きくなってしまう。   In order to cope with the above problem, for example, even when Vcc = 3V, Vin can be set to 1.5V. However, it is not preferable to step down Vcc = 3V to 1.5V because it wastes power. That is, regarding the power consumption in the Vcc = 3V range, the current consumption of the product corresponding to both the Vcc = 1.8V range and the Vcc = 3V range is the current consumption of the product corresponding to only the Vcc = 3V range. It will be bigger than that.

そこで、本発明の目的は、外部からの電源電圧が互いに異なる複数の電圧値を有する場合であっても従来よりも安定した電圧を出力しかつ回路面積の比較的小さな昇圧回路を備えた半導体装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device including a booster circuit that outputs a more stable voltage and has a relatively small circuit area than the prior art even when external power supply voltages have a plurality of different voltage values Is to provide.

本発明に係る実施形態に従った半導体装置は、出力部から直列接続された複数の第1のスイッチング素子と、隣り合う前記第1のスイッチング素子間に一端が接続された複数の第1のキャパシタとを含み、前記第1のキャパシタの他端からクロック信号を入力して、昇圧された電圧を出力部から出力する昇圧回路部および、
一端が第2のスイッチング素子を介して第1の電圧源に接続され、他端が第3のスイッチング素子を介して基準電圧に接続され、前記第1の電圧源と前記基準電圧との電圧差に基づいて充電される第2のキャパシタをそれぞれ有する複数の昇圧段と、少なくとも隣り合う前記昇圧段の間に設けられ、第2の電圧源と前記第1のキャパシタの他端との間に直列に接続される前記第2のキャパシタ数を前記第1および第2の電圧源の電圧に基づいて制御する複数の第4のスイッチング素子とを含み、隣り合う前記第1のキャパシタの他端へ互いに逆相のクロック信号を出力する電圧変換回路部を備え
前記第4のスイッチング素子は、隣り合う前記昇圧段のうち前記クロック電圧源側にある昇圧段の第2のキャパシタの前記一端と、前記出力部側にある昇圧段の第2のキャパシタの前記他端との間を接続し、
2つの前記昇圧段における前記第2のキャパシタの前記一端と前記他端との間に接続された第5のスイッチング素子、2つの前記昇圧段における前記第2のキャパシタのそれぞれの前記一端の間を接続する第6のスイッチング素子、および、2つの前記昇圧段における前記第2のキャパシタのそれぞれの前記他端の間を接続する第7のスイッチング素子のうち少なくとも1つのスイッチング素子をさらに備えたことを特徴とする。
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of first switching elements connected in series from an output unit, and a plurality of first capacitors whose one ends are connected between the adjacent first switching elements. A booster circuit unit that receives a clock signal from the other end of the first capacitor and outputs a boosted voltage from the output unit;
One end is connected to the first voltage source via the second switching element, the other end is connected to the reference voltage via the third switching element, and the voltage difference between the first voltage source and the reference voltage And a plurality of boosting stages each having a second capacitor to be charged based on the first and second boosting stages, and are connected in series between a second voltage source and the other end of the first capacitor. And a plurality of fourth switching elements for controlling the number of the second capacitors connected to the first and second voltage sources based on the voltages of the first and second voltage sources, and to the other ends of the adjacent first capacitors. A voltage conversion circuit unit that outputs a reverse phase clock signal is provided ,
The fourth switching element includes the one end of the second capacitor of the boosting stage on the clock voltage source side among the adjacent boosting stages, and the other of the second capacitor of the boosting stage on the output side. Connect between the ends,
A fifth switching element connected between the one end and the other end of the second capacitor in the two boosting stages, and between the one end of each of the second capacitors in the two boosting stages. It further comprises at least one switching element among a sixth switching element to be connected and a seventh switching element for connecting between the other ends of the second capacitors in the two boosting stages. Features.

本発明による半導体装置に内蔵された昇圧回路は、外部からの供給電圧が互いに異なる電圧値を有する場合であっても安定した電圧を出力することができかつ回路面積が従来よりも小さい。また、外部からの供給電圧が比較的高い場合には、消費電流を大幅に低減することが可能となる。   The booster circuit incorporated in the semiconductor device according to the present invention can output a stable voltage even when externally supplied voltages have different voltage values, and has a smaller circuit area than the conventional one. In addition, when the external supply voltage is relatively high, the current consumption can be greatly reduced.

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。同じ構成要素には、同じ参照番号が付されている。また、以下の実施形態において、n型トランジスタに代えてp型トランジスタを用い、尚且つ、p型トランジスタに代えてn型トランジスタを用いてもこれらの実施形態の効果は失われない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments. The same components are given the same reference numbers. In the following embodiments, the effects of these embodiments are not lost even if a p-type transistor is used instead of an n-type transistor and an n-type transistor is used instead of a p-type transistor.

以下の実施形態による半導体装置は、電源電圧に基づいて昇圧段数を増減することができる電圧変換回路をクロック供給源と昇圧部との間に備えている。これにより、半導体装置の昇圧回路は、広範囲の電源電圧において安定した出力電圧を供給することができる。これらの実施形態は、例えば、NAND型不揮発性記憶装置等の電源電圧よりも高電圧を必要とする半導体装置に用いられ得る。   Semiconductor devices according to the following embodiments include a voltage conversion circuit that can increase or decrease the number of boosting stages based on a power supply voltage between a clock supply source and a boosting unit. Thereby, the booster circuit of the semiconductor device can supply a stable output voltage in a wide range of power supply voltages. These embodiments can be used for a semiconductor device that requires a higher voltage than a power supply voltage, such as a NAND-type nonvolatile memory device.

(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る第1の実施形態に従った半導体装置に内蔵されている昇圧回路100の回路図である。半導体装置は、例えば、不揮発性記憶装置(図示せず)をさらに備え、昇圧回路100は、昇圧された電圧をこの不揮発性記憶装置へ出力する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a booster circuit 100 built in a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device further includes, for example, a non-volatile memory device (not shown), and the booster circuit 100 outputs the boosted voltage to the non-volatile memory device.

昇圧回路100は、昇圧部110および電圧変換回路部120を備えている。昇圧部110は、n型トランジスタQNA〜QNAと、キャパシタCA〜CAm−1とを含む。尚、mは2以上の整数である。トランジスタQNA〜QNAは出力部OUTから直列に接続されている。キャパシタCA〜CAm−1はトランジスタQNA〜QNAのうち隣り合うトランジスタ間の接続点に一方の電極が接続されている。キャパシタCA〜CAm−1の他方の電極は、電圧変換回路部120に接続されている。 The booster circuit 100 includes a booster unit 110 and a voltage conversion circuit unit 120. Boosting unit 110 includes n-type transistors QNA 1 to QNA m and capacitors CA 1 to CA m−1 . Note that m is an integer of 2 or more. The transistors QNA 1 to QNA m are connected in series from the output unit OUT. Capacitors CA 1 to CA m−1 have one electrode connected to a connection point between adjacent transistors among transistors QNA 1 to QNA m . The other electrodes of the capacitors CA 1 to CA m−1 are connected to the voltage conversion circuit unit 120.

トランジスタQNA〜QNAは、例えば、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。キャパシタCA〜CAm−1は、例えば、トランジスタQNA〜QNAを構成するゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体基板またはウェル拡散層、および、その半導体基板またはウェル拡散層に電気的コンタクトをとるための拡散層から成るMOSキャパシタである。このゲート電極は、例えば、ドープトシリコンであり、ゲート絶縁膜は、例えば、シリコン酸化膜であり、ウェル拡散層は、例えば、半導体基板に形成されたN型ウェル拡散層である。 Transistors QNA 1 ~QNA m is, for example, a MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The capacitors CA 1 to CA m−1 are in electrical contact with, for example, the gate electrode, the gate insulating film, the semiconductor substrate or well diffusion layer, and the semiconductor substrate or well diffusion layer constituting the transistors QNA 1 to QNA m. This is a MOS capacitor composed of a diffusion layer. The gate electrode is, for example, doped silicon, the gate insulating film is, for example, a silicon oxide film, and the well diffusion layer is, for example, an N-type well diffusion layer formed on a semiconductor substrate.

昇圧動作時には、キャパシタCA〜CAm−1の両極板間の絶縁膜には大きな電圧が印加され得る。よって、キャパシタCA〜CAm−1が絶縁破壊することを避けるために、キャパシタCA〜CAm−1の絶縁膜には高耐圧トランジスタのゲート絶縁膜を用いる。 During the step-up operation, a large voltage can be applied to the insulating film between the bipolar plates of the capacitors CA 1 to CA m−1 . Therefore, in order to avoid that the capacitor CA 1 ~CA m-1 is the dielectric breakdown, the dielectric film of the capacitor CA 1 ~CA m-1 using a gate insulating film of the high voltage transistor.

電圧変換回路部120は、電圧変換回路VA〜VAを有する。電圧変換回路VA〜VAのそれぞれは、クロック入力部CLKINと、クロック出力部CLKOUTと、モード入力部MODEとを備えている。電圧変換回路VA2k−1のクロック入力部CLKINにはクロック信号Φが入力され、電圧変換回路VA2kのクロック入力部CLKINにはクロック信号Φバー(ΦバーはΦの反転信号)が入力される。尚、kはm/2以下の自然数である。クロック出力部CLKOUTは、キャパシタCA〜CAm−1の他方の電極またはトランジスタQNAに接続されている。電圧変換回路VA〜VAは、その内部に昇圧段(図2参照)を有し、クロック信号ΦまたはΦバーを昇圧してクロック出力部CLKOUTから出力する。 The voltage conversion circuit unit 120 includes voltage conversion circuits VA 1 to VA m . Each of the voltage conversion circuits VA 1 to VA m includes a clock input unit CLKIN, a clock output unit CLKOUT, and a mode input unit MODE. The clock signal Φ is input to the clock input section CLKIN of the voltage conversion circuit VA 2k−1 , and the clock signal Φ bar (Φ is an inverted signal of Φ) is input to the clock input section CLKIN of the voltage conversion circuit VA 2k. . Note that k is a natural number of m / 2 or less. The clock output unit CLKOUT is connected to the other electrode of the capacitors CA 1 to CA m−1 or the transistor QNA 1 . Each of the voltage conversion circuits VA 1 to VA m has a boosting stage (see FIG. 2), boosts the clock signal Φ or Φ bar, and outputs the boosted signal from the clock output unit CLKOUT.

モード入力部MODEに入力されるモード信号は、供給電圧Vin〜Vin(図2参照)の大きさに基づいて電圧変換回路VA〜VA内の昇圧段数を変更するために用いられる。本実施形態では、モード信号はハイまたはロウの2値であり、供給電圧の高低に応じて値が切り替わる。 The mode signal input to the mode input unit MODE is used to change the number of boosting stages in the voltage conversion circuits VA 1 to VA m based on the magnitude of the supply voltages Vin 1 to Vin 5 (see FIG. 2). In the present embodiment, the mode signal has a binary value of high or low, and the value is switched according to the level of the supply voltage.

昇圧回路100の動作を説明する。クロック信号ΦまたはΦバーは、図17に示すように互いに逆相でハイおよびロウを繰り返す。電圧変換回路VA〜VAは、モード信号に基づいた数の昇圧段によってクロック信号ΦまたはΦバーを昇圧し、この昇圧された信号をクロック信号CSOUTとしてキャパシタCA〜CAm−1へ出力する。電圧変換回路VAが昇圧したクロック信号CSOUTは、トランジスタQNAを介してキャパシタCAのトランジスタQNAに接続された電極を充電する。 The operation of the booster circuit 100 will be described. The clock signal Φ or Φ bar repeats high and low in opposite phases as shown in FIG. The voltage conversion circuits VA 1 to VA m boost the clock signal Φ or Φ bar by the number of boosting stages based on the mode signal, and use the boosted signal as the clock signal CS OUT to the capacitors CA 1 to CA m−1 . Output. The clock signal CS OUT boosted by the voltage conversion circuit VA 1 charges the electrode connected to the transistor QNA 2 of the capacitor CA 1 via the transistor QNA 1 .

次に、キャパシタCAは、電圧変換回路VAに接続された電極でクロック信号CSOUTとは逆相のクロック信号CSOUTバーを受け取り、トランジスタQNAに接続された電極における電圧をさらに昇圧する。これにより、トランジスタQNAが導通し、キャパシタCAは、トランジスタQNAを介して、隣のキャパシタCAを充電する。 Next, the capacitor CA 1 receives the clock signal CS OUT bar having a phase opposite to that of the clock signal CS OUT at the electrode connected to the voltage conversion circuit VA 2 , and further boosts the voltage at the electrode connected to the transistor QNA 2. . As a result, the transistor QNA 2 becomes conductive, and the capacitor CA 1 charges the adjacent capacitor CA 2 via the transistor QNA 2 .

その後、キャパシタCAは、電圧変換回路VAを介してクロック信号CSOUTを受け取り、トランジスタQNAに接続された電極における電圧をさらに昇圧する。これにより、トランジスタQNAが導通し、キャパシタCAは、トランジスタQNAを介して、隣のキャパシタCAを充電する。このような動作を順次繰り返すことによって、キャパシタCAm−1は、トランジスタQNAを介して、昇圧された電圧を出力電圧Voutとして出力部OUTから出力する。 Thereafter, the capacitor CA 2 receives the clock signal CS OUT via the voltage conversion circuit VA 3 and further boosts the voltage at the electrode connected to the transistor QNA 3 . As a result, the transistor QNA 3 becomes conductive, and the capacitor CA 2 charges the adjacent capacitor CA 3 via the transistor QNA 3 . By sequentially repeating such an operation, the capacitor CA m−1 outputs the boosted voltage from the output unit OUT as the output voltage Vout via the transistor QNA m .

図2は、電圧変換回路VA〜VAのいずれか1つ(以下、電圧変換回路VAという)の構成を示す回路図である。電圧変換回路VAは、昇圧段BS1〜BS4、p型トランジスタQPB1〜QPB5と、ORゲートG1とを備えている。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of any one of the voltage conversion circuits VA 1 to VA m (hereinafter referred to as voltage conversion circuit VA). The voltage conversion circuit VA includes boosting stages BS1 to BS4, p-type transistors QPB1 to QPB5, and an OR gate G1.

昇圧段BS1は、n型トランジスタQND1と、n型トランジスタQNE1と、キャパシタCD1とを含み、昇圧段BS2は、n型トランジスタQND2と、n型トランジスタQNE2と、キャパシタCD2とを含み、昇圧段BS3は、n型トランジスタQND3と、n型トランジスタQNE3と、キャパシタCD3とを含み、さらに、昇圧段BS4は、n型トランジスタQND4と、n型トランジスタQNE4と、キャパシタCD4とを含む。トランジスタQND1、キャパシタCD1およびトランジスタQNE1は、供給電圧Vin1とグランドとの間に直列に接続されており、トランジスタQND2、キャパシタCD2およびトランジスタQNE2は、供給電圧Vin2とグランドとの間に直列に接続されており、トランジスタQND3、キャパシタCD3およびトランジスタQNE3は、供給電圧Vin3とグランドとの間に直列に接続されており、さらに、トランジスタQND4、キャパシタCD4およびトランジスタQNE4は、供給電圧Vin4とグランドとの間に直列に接続されている。トランジスタQND1、QND2、QNE1およびQNE2の各ゲートにはクロック信号CLK2が入力される。トランジスタQND3、QND4、QNE3およびQNE4の各ゲートにはクロック信号CLK1が入力される。   Boosting stage BS1 includes an n-type transistor QND1, n-type transistor QNE1, and capacitor CD1, boosting stage BS2 includes an n-type transistor QND2, n-type transistor QNE2, and capacitor CD2, and boosting stage BS3 includes , N-type transistor QND3, n-type transistor QNE3, and capacitor CD3, and boosting stage BS4 includes n-type transistor QND4, n-type transistor QNE4, and capacitor CD4. Transistor QND1, capacitor CD1, and transistor QNE1 are connected in series between supply voltage Vin1 and ground. Transistor QND2, capacitor CD2, and transistor QNE2 are connected in series between supply voltage Vin2 and ground. The transistor QND3, the capacitor CD3, and the transistor QNE3 are connected in series between the supply voltage Vin3 and the ground, and the transistor QND4, the capacitor CD4, and the transistor QNE4 are connected in series between the supply voltage Vin4 and the ground. It is connected to the. Clock signal CLK2 is input to the gates of transistors QND1, QND2, QNE1 and QNE2. Clock signal CLK1 is input to the gates of transistors QND3, QND4, QNE3, and QNE4.

トランジスタQPB2〜QPB4は、昇圧段BS1〜BS4のうち隣り合う昇圧段の間に設けられている。トランジスタQPB2は、キャパシタCD1の供給電圧Vin1側の電極と、キャパシタCD2のグランド側の電極との間に接続されている。同様に、トランジスタQPB3は、キャパシタCD2の供給電圧Vin2側の電極と、キャパシタCD3のグランド側の電極との間に接続され、トランジスタQPB4は、キャパシタCD3の供給電圧Vin3側の電極と、キャパシタCD4のグランド側の電極との間に接続されている。   Transistors QPB2-QPB4 are provided between adjacent boosting stages among boosting stages BS1-BS4. The transistor QPB2 is connected between the electrode on the supply voltage Vin1 side of the capacitor CD1 and the electrode on the ground side of the capacitor CD2. Similarly, the transistor QPB3 is connected between the electrode on the supply voltage Vin2 side of the capacitor CD2 and the electrode on the ground side of the capacitor CD3. The transistor QPB4 is connected to the electrode on the supply voltage Vin3 side of the capacitor CD3 and the capacitor CD4. It is connected between the electrodes on the ground side.

トランジスタQPB1は、供給電圧Vin5とキャパシタCD1のグランド側の電極との間に接続され、トランジスタQPB5は、キャパシタCD4の供給電圧Vin4側の電極とクロック出力部CLKOUTとの間に接続されている。トランジスタQPB1およびQPB2の各ゲートにはクロック信号CLK2が入力される。トランジスタQPB3〜QPB5の各ゲートにはクロック信号CLK1が入力される。   The transistor QPB1 is connected between the supply voltage Vin5 and the electrode on the ground side of the capacitor CD1, and the transistor QPB5 is connected between the electrode on the supply voltage Vin4 side of the capacitor CD4 and the clock output unit CLKOUT. Clock signal CLK2 is input to the gates of transistors QPB1 and QPB2. The clock signal CLK1 is input to each gate of the transistors QPB3 to QPB5.

クロック入力部CLKINからのクロック信号CSIN(ΦまたはΦバー)によってクロック信号CLK1およびCLK2が生成される。クロック信号CLK1は、クロック信号CSINと同一信号である。ORゲートG1は、クロック信号CSINとモード入力端子MODEからのモード信号との論理和をクロック信号CLK2として出力する。   Clock signals CLK1 and CLK2 are generated by the clock signal CSIN (Φ or Φ bar) from the clock input section CLKIN. The clock signal CLK1 is the same signal as the clock signal CSIN. The OR gate G1 outputs a logical sum of the clock signal CSIN and the mode signal from the mode input terminal MODE as the clock signal CLK2.

本実施形態において、トランジスタQND1〜QND4、QNE1〜QNE4およびQPB1〜QPB5はMOSFETでよい。キャパシタCD1〜CD4は、例えば、トランジスタQND1〜QND4、QNE1〜QNE4およびQPB1〜QPB5を構成するゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体基板またはウェル拡散層、および、その半導体基板またはウェル拡散層に電気的コンタクトをとるための拡散層から成るMOSキャパシタである。このゲート電極は、例えば、ドープトシリコンであり、ゲート絶縁膜は、例えば、シリコン酸化膜であり、ウェル拡散層は、例えば、半導体基板に形成されたN型ウェル拡散層である。さらに、n型トランジスタQND1、QND2、QND3、QND4は閾値電圧が非常に小さいエンハンスメント型トランジスタもしくはデプレション型トランジスタであることが好ましい。それにより、供給電圧Vin1、Vin2、Vin3、Vin4から電圧降下していない電圧にキャパシタCD1、CD2、CD3、CD4を充電可能になる。   In the present embodiment, the transistors QND1 to QND4, QNE1 to QNE4, and QPB1 to QPB5 may be MOSFETs. Capacitors CD1 to CD4 include, for example, gate electrodes, gate insulating films, semiconductor substrates or well diffusion layers, and semiconductor contacts or well diffusion layers constituting transistors QND1 to QND4, QNE1 to QNE4, and QPB1 to QPB5. This is a MOS capacitor comprising a diffusion layer for taking The gate electrode is, for example, doped silicon, the gate insulating film is, for example, a silicon oxide film, and the well diffusion layer is, for example, an N-type well diffusion layer formed on a semiconductor substrate. Further, the n-type transistors QND1, QND2, QND3, and QND4 are preferably enhancement type transistors or depletion type transistors having a very small threshold voltage. Thereby, the capacitors CD1, CD2, CD3, and CD4 can be charged to voltages that have not dropped from the supply voltages Vin1, Vin2, Vin3, and Vin4.

トランジスタQND1〜QND4、QNE1〜QNE4およびQPB1〜QPB5は、総て低耐圧トランジスタでよい。低耐圧トランジスタは、ゲート絶縁膜の厚さが酸化膜換算膜厚において約10nm以下のトランジスタである。キャパシタCD1〜CD4の電極間の絶縁膜も、低耐圧用、即ち、約10nm以下の膜厚でよい。トランジスタQND1〜QND4、QNE1〜QNE4およびQPB1〜QPB5が低耐圧トランジスタであることによって、昇圧回路の能力を劣化させる寄生容量が小さくなり、尚且つ、回路面積が小さくなる。キャパシタCD1〜CD4は、低耐圧用であることによってより小さな面積でより大きな容量を有することができる。これにより、昇圧回路100全体の面積が小さくなる。キャパシタCD1〜CD4の電極間の絶縁膜厚は、製造容易化のためにトランジスタQND1〜QND4、QNE1〜QNE4、QPB1〜QPB5のいずれかのゲート絶縁膜と等しいことが好ましい。   Transistors QND1 to QND4, QNE1 to QNE4, and QPB1 to QPB5 may all be low breakdown voltage transistors. The low breakdown voltage transistor is a transistor having a gate insulating film thickness of about 10 nm or less in terms of oxide film thickness. The insulating film between the electrodes of the capacitors CD1 to CD4 may also have a low breakdown voltage, that is, a film thickness of about 10 nm or less. Since the transistors QND1 to QND4, QNE1 to QNE4, and QPB1 to QPB5 are low breakdown voltage transistors, the parasitic capacitance that degrades the performance of the booster circuit is reduced, and the circuit area is also reduced. The capacitors CD1 to CD4 can have a larger capacity with a smaller area by being for low breakdown voltage. Thereby, the area of the whole booster circuit 100 is reduced. The insulating film thickness between the electrodes of capacitors CD1 to CD4 is preferably equal to the gate insulating film of any of transistors QND1 to QND4, QNE1 to QNE4, and QPB1 to QPB5 in order to facilitate manufacture.

図3および図4は、それぞれモード1およびモード2におけるクロック信号CSIN、クロック信号CLK1およびCLK2のタイミングチャートである。図3に示すモード1では、モード信号がロウ(非アクティブ状態)である。このモード1は供給電圧Vin1〜Vin5が比較的低いときに用いられるモードである。供給電圧が低い場合とは、例えば、半導体装置の外部からの電源電圧の保証範囲がワイドレンジもしくはデュアルレンジであり、供給電圧Vin1〜Vin5が保証範囲の最低電圧Vccmin程度である場合をいう。   3 and 4 are timing charts of the clock signal CSIN and the clock signals CLK1 and CLK2 in the mode 1 and the mode 2, respectively. In mode 1 shown in FIG. 3, the mode signal is low (inactive state). This mode 1 is a mode used when the supply voltages Vin1 to Vin5 are relatively low. The case where the supply voltage is low means, for example, a case where the guaranteed range of the power supply voltage from the outside of the semiconductor device is a wide range or a dual range, and the supply voltages Vin1 to Vin5 are about the lowest voltage Vccmin within the guaranteed range.

図4に示すモード2では、モード信号がハイ(アクティブ状態)である。このモード2は供給電圧Vin1〜Vin5が比較的高いときに用いられるモードである。供給電圧が高い場合とは、例えば、半導体装置の外部からの電源電圧の保証範囲がワイドレンジもしくはデュアルレンジであり、供給電圧Vin1〜Vin5が保証範囲の最高電圧Vccmaxに近い場合、あるいは、バーンイン工程において試験的に供給電圧Vin1〜Vin5を電圧Vccmax以上にする場合をいう。以下、各モードごとに電圧変換回路VAの動作を説明する。   In mode 2 shown in FIG. 4, the mode signal is high (active state). This mode 2 is a mode used when the supply voltages Vin1 to Vin5 are relatively high. The case where the supply voltage is high is, for example, a case where the guaranteed range of the power supply voltage from the outside of the semiconductor device is a wide range or a dual range, and the supply voltages Vin1 to Vin5 are close to the maximum voltage Vccmax within the guaranteed range, or a burn-in process In this case, the supply voltages Vin1 to Vin5 are set to the voltage Vccmax or higher on a trial basis. Hereinafter, the operation of the voltage conversion circuit VA will be described for each mode.

(モード1)
モード1においては、クロック信号CLK1およびCLK2が同相でハイとロウとを繰り返す。これにより、昇圧段BS1〜BS4は総て動作する。
(Mode 1)
In mode 1, the clock signals CLK1 and CLK2 are in phase and repeat high and low. As a result, all the boosting stages BS1 to BS4 operate.

まず、クロック信号CLK1およびCLK2がハイ(Vin6)であるときには、トランジスタQND1〜QND4およびQNE1〜QNE4はオンになり、トランジスタQPB1〜QPB5はオフになる。これによって、キャパシタCD1〜CD4はそれぞれ供給電圧Vin1〜Vin4とグランドとの間で充電される。例えば、トランジスタQND1〜QND4のそれぞれの閾値による充電電圧の降下がないとすると、キャパシタCD1〜CD4のそれぞれの電極間には、Vin1、Vin2、Vin3、Vin4の電圧が充電される。   First, when the clock signals CLK1 and CLK2 are high (Vin6), the transistors QND1 to QND4 and QNE1 to QNE4 are turned on, and the transistors QPB1 to QPB5 are turned off. As a result, the capacitors CD1 to CD4 are charged between the supply voltages Vin1 to Vin4 and the ground, respectively. For example, if there is no drop in the charging voltage due to the respective threshold values of the transistors QND1 to QND4, the voltages of Vin1, Vin2, Vin3, and Vin4 are charged between the electrodes of the capacitors CD1 to CD4.

次に、クロック信号CLK1およびCLK2がロウ(接地電位)であるときには、トランジスタQPB1〜QPB5がオンになり、トランジスタQND1〜QND4およびQNE1〜QNE4がオフになる。これによって、キャパシタCD1〜CD4は、トランジスタQPB1〜QPB5を介して、供給電圧Vin5とクロック出力部CLKOUTとの間で直列接続される。その結果、供給電圧Vin1〜Vin5から昇圧されたクロック信号CSOUTが、クロック出力部CLKOUTから図1に示すキャパシタCA1〜CAmのいずれかに供給される。クロック信号CSOUTは、Vin1+Vin2+Vin3+Vin4+Vin5程度にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK1とする。   Next, when the clock signals CLK1 and CLK2 are low (ground potential), the transistors QPB1 to QPB5 are turned on, and the transistors QND1 to QND4 and QNE1 to QNE4 are turned off. Accordingly, the capacitors CD1 to CD4 are connected in series between the supply voltage Vin5 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QPB1 to QPB5. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin1 to Vin5 is supplied from the clock output unit CLKOUT to any of the capacitors CA1 to CAm shown in FIG. The clock signal CSOUT is boosted to about Vin1 + Vin2 + Vin3 + Vin4 + Vin5. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK1.

(モード2)
モード2においては、クロック信号CLK2がハイを維持し、クロック信号CLK1がハイとロウとを繰り返す。これにより、昇圧段BS1およびBS2は動作せず、昇圧段BS3およびBS4のみが動作する。
(Mode 2)
In mode 2, the clock signal CLK2 remains high, and the clock signal CLK1 repeats high and low. Thereby, boosting stages BS1 and BS2 do not operate, and only boosting stages BS3 and BS4 operate.

まず、クロック信号CLK1がハイであるときには、トランジスタQND3、QND4、QNE3およびQNE4はオンになり、トランジスタQPB3〜QPB5はオフになる。これによって、キャパシタCD3およびCD4は、それぞれ供給電圧Vin3およびVin4とグランドとの間で充電される。キャパシタCD3およびCD4のそれぞれの電極間には、それぞれVin3およびVin4の電圧が充電される。   First, when the clock signal CLK1 is high, the transistors QND3, QND4, QNE3 and QNE4 are turned on, and the transistors QPB3 to QPB5 are turned off. Thereby, the capacitors CD3 and CD4 are charged between the supply voltages Vin3 and Vin4 and the ground, respectively. The voltages of Vin3 and Vin4 are charged between the electrodes of capacitors CD3 and CD4, respectively.

次に、クロック信号CLK1がロウであるときには、トランジスタQPB3〜QPB5がオンになり、トランジスタQND3、QND4、QNE3およびQNE4がオフになる。また、クロック信号CLK2が常にハイであるので、トランジスタQND1、QND2、QNE1およびQNE2がオンであり、トランジスタQPB1〜QPB2がオフである。これによって、キャパシタCD3〜CD4は、トランジスタQND2およびQPB3〜QPB5を介して、供給電圧Vin2とクロック出力部CLKOUTとの間で直列接続される。その結果、供給電圧Vin2〜Vin4から昇圧されたクロック信号CSOUTが、クロック出力部CLKOUTから図1に示すキャパシタCA〜CAのいずれかに供給される。クロック信号CSOUTは、Vin2+Vin3+Vin4程度にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK2とする。 Next, when the clock signal CLK1 is low, the transistors QPB3 to QPB5 are turned on, and the transistors QND3, QND4, QNE3, and QNE4 are turned off. Since the clock signal CLK2 is always high, the transistors QND1, QND2, QNE1 and QNE2 are on, and the transistors QPB1 to QPB2 are off. Thereby, the capacitors CD3 to CD4 are connected in series between the supply voltage Vin2 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QND2 and QPB3 to QPB5. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin2 to Vin4 is supplied from the clock output unit CLKOUT to any of the capacitors CA 1 to CA m shown in FIG. The clock signal CSOUT is boosted to about Vin2 + Vin3 + Vin4. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK2.

電圧VCLK2は、電圧VCLK1よりも小さいことは明らかである。例えば、供給電圧Vin1〜Vin5がVinであるとすると、VCLK1=5*Vin、VCLK2=3*Vinとなる。   Obviously, the voltage VCLK2 is smaller than the voltage VCLK1. For example, when supply voltages Vin1 to Vin5 are Vin, VCLK1 = 5 * Vin and VCLK2 = 3 * Vin.

よって、本実施形態における電圧変換回路VAは、供給電圧Vin1〜Vin5が比較的低い(例えば、約1.5V)のときにはモード1によって比較的大きくクロック信号を昇圧し、供給電圧Vin1〜Vin6が比較的高い(例えば、約2.5V以上)のときにはモード2によって比較的小さくクロック信号を昇圧する。   Therefore, the voltage conversion circuit VA in the present embodiment boosts the clock signal relatively large in mode 1 when the supply voltages Vin1 to Vin5 are relatively low (for example, about 1.5 V), and the supply voltages Vin1 to Vin6 are compared. When the target voltage is high (for example, about 2.5 V or more), the clock signal is boosted relatively small in mode 2.

その結果、電位変換回路VAは、供給電圧Vin1〜Vin5に依らず安定した電圧のクロック信号CSOUTをキャパシタCA〜CAへ供給することができる。即ち、図1に示す昇圧回路100は、外部からの供給電圧が互いに異なる電圧値を有する場合であっても、安定した昇圧能力を有し得る。 As a result, the potential conversion circuit VA can supply the clock signal CSOUT having a stable voltage to the capacitors CA 1 to CA m regardless of the supply voltages Vin 1 to Vin 5. That is, the booster circuit 100 shown in FIG. 1 can have a stable boosting capability even when externally supplied voltages have different voltage values.

さらに、本実施形態によれば、供給電圧が比較的高いときには、1段目および2段目の昇圧段BS1、BS2におけるキャパシタCD1、CD2を充放電しない。これにより、供給電圧が大きくなったとしても、電圧変換回路VAの消費電力の増加が抑制される。   Furthermore, according to the present embodiment, when the supply voltage is relatively high, the capacitors CD1 and CD2 in the first and second boosting stages BS1 and BS2 are not charged / discharged. Thereby, even if a supply voltage becomes large, the increase in the power consumption of the voltage conversion circuit VA is suppressed.

本実施形態では、電圧変換回路VA〜VAは、トランジスタQNA〜QNAのそれぞれに対応して設けられていた。しかし、トランジスタQNA〜QNAのうち複数のトランジスタごとに電圧変換回路を設けてもよい。例えば、図5に示すように、電圧変換回路VAは、クロック信号ΦおよびΦバーに対応して2つ設けられてもよい。 In the present embodiment, the voltage conversion circuits VA 1 to VA m are provided corresponding to the transistors QNA 1 to QNA m , respectively. However, a voltage conversion circuit may be provided for each of a plurality of transistors QNA 1 to QNA m . For example, as shown in FIG. 5, two voltage conversion circuits VA may be provided corresponding to the clock signals Φ and Φbar.

供給電圧Vin1〜Vin5は、クロック出力部CLKOUTの電圧制御を容易にするために総て等しくてよい。一方、供給電圧Vin1〜Vin5は、いずれかを異なる電圧とし、他を等しくしてもよい。例えば、供給電圧Vin5のみを他の供給電圧よりも大きくしてもよい。   The supply voltages Vin1 to Vin5 may all be equal to facilitate voltage control of the clock output unit CLKOUT. On the other hand, one of the supply voltages Vin1 to Vin5 may be different and the other may be equal. For example, only the supply voltage Vin5 may be larger than other supply voltages.

本実施形態において、トランジスタQPB1〜QPB5、QND1〜QND4およびQNE1〜QNE4は総て低耐圧トランジスタとしたが、供給電圧の一部を高電圧にすることに伴い、これらのトランジスタの一部を高耐圧トランジスタにしてもよい。高耐圧トランジスタは、ゲート絶縁膜の膜厚が酸化膜換算膜厚において約10nm以上のトランジスタである。例えば、供給電圧Vin2のみを他の供給電圧よりも大きくした場合、トランジスタQPB2、QND2およびQNE2を高耐圧トランジスタにしてもよい。この場合、トランジスタQPB2、QND2およびQNE2のサイズおよび寄生容量が大きくなるが、昇圧能力の安定化という効果は得られる。   In this embodiment, the transistors QPB1 to QPB5, QND1 to QND4, and QNE1 to QNE4 are all low withstand voltage transistors. However, as some of the supply voltages are increased, some of these transistors have high withstand voltages. A transistor may be used. The high breakdown voltage transistor is a transistor having a gate insulating film thickness of about 10 nm or more in terms of oxide film thickness. For example, when only the supply voltage Vin2 is higher than the other supply voltages, the transistors QPB2, QND2, and QNE2 may be high voltage transistors. In this case, the size and parasitic capacitance of the transistors QPB2, QND2, and QNE2 increase, but the effect of stabilizing the boosting capability is obtained.

本実施形態において、昇圧段数はBS1〜BS4の4段であった。しかし、昇圧段数は、3段以下または5段以上であってもよい。但し、実際には、寄生容量を増加させ、電圧損失を増大させないために、昇圧段は4段以下であることが好ましい。   In the present embodiment, the number of boosting stages is four stages BS1 to BS4. However, the number of boosting stages may be 3 or less or 5 or more. However, in actuality, in order to increase the parasitic capacitance and not increase the voltage loss, the boosting stage is preferably four or less.

さらに、本実施形態において、トランジスタQPB1〜QPB5とトランジスタQNE1〜QNE4とはクロック信号CLK1およびCLK2によって同期して駆動されている。しかし、電圧損失を増大させないために、トランジスタQPB1〜QPB5はトランジスタQNE1〜QNE4に対して遅延して駆動されてもよい。さらに、本実施形態において、トランジスタQND1とQND2、QNE1とQNE2、及びQPB1とQPB2には全て、振幅がVin6であるCLK2が入力されるとしたが、一部には、同位相で別振幅のクロック信号が入力されるように構成されていてもよい。また、トランジスタQND3とQND4、QNE3とQNE4、及びQPB3〜QPB5には全て、振幅がVin6であるCLK1が入力されるとしたが、一部には、同位相で別振幅のクロック信号が入力されるように構成されていてもよい。   Further, in the present embodiment, the transistors QPB1 to QPB5 and the transistors QNE1 to QNE4 are driven in synchronization by clock signals CLK1 and CLK2. However, in order not to increase the voltage loss, the transistors QPB1 to QPB5 may be driven with a delay with respect to the transistors QNE1 to QNE4. Further, in this embodiment, the transistors QND1 and QND2, QNE1 and QNE2, and QPB1 and QPB2 are all input with CLK2 having an amplitude of Vin6. You may be comprised so that a signal may be input. Also, the transistors QND3 and QND4, QNE3 and QNE4, and QPB3 to QPB5 are all input with CLK1 having an amplitude of Vin6, but some of them have the same phase and different amplitude clock signals. It may be configured as follows.

(第2の実施形態)
図5は、本発明に係る第2の実施形態に従った半導体装置に内蔵されている昇圧回路200の回路図である。昇圧回路200は、昇圧部210および電圧変換回路部220を備えている。昇圧部210は、n型トランジスタQNA〜QNAと、キャパシタCA〜CAとを含む。トランジスタQNA〜QNAは、供給電圧Vinと出力部OUTとの間に直列に接続されている。キャパシタCA〜CAは、トランジスタQNA〜QNAのうち隣り合うトランジスタ間の接続点に一方の電極が接続されている。キャパシタCA〜CAの他方の電極は、電圧変換回路部220に接続されている。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a circuit diagram of a booster circuit 200 built in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The step-up circuit 200 includes a step-up unit 210 and a voltage conversion circuit unit 220. Booster unit 210 includes n-type transistors QNA 0 to QNA m and capacitors CA 1 to CA m . The transistors QNA 0 to QNA m are connected in series between the supply voltage Vin and the output unit OUT. Capacitors CA 1 to CA m have one electrode connected to a connection point between adjacent transistors among transistors QNA 0 to QNA m . The other electrodes of the capacitors CA 1 to CA m are connected to the voltage conversion circuit unit 220.

トランジスタQNA〜QNAは、第1の実施形態におけるトランジスタQNA〜QNAと同様のMOSFETでよい。キャパシタCA〜CAは、第1の実施形態におけるキャパシタCA〜CAm−1と同様のMOSキャパシタでよい。 The transistors QNA 0 to QNA m may be MOSFETs similar to the transistors QNA 1 to QNA m in the first embodiment. The capacitors CA 1 to CA m may be the same MOS capacitors as the capacitors CA 1 to CA m−1 in the first embodiment.

電圧変換回路部220は、電圧変換回路VC1およびVC2を有する。電圧変換回路VC1およびVC2のそれぞれは、クロック入力部CLKINと、クロック出力部CLKOUTと、モード入力部MODEとを備えている。電圧変換回路VC1のクロック入力部CLKINにはクロック信号Φが入力され、電圧変換回路VC2のクロック入力部CLKINにはクロック信号Φバーが入力される。電圧変換回路VC1のクロック出力部CLKOUTは、キャパシタCA2k−1の他方の電極に接続され、電圧変換回路VC2のクロック出力部CLKOUTは、キャパシタCA2kの他方の電極に接続されている。電圧変換回路VC1またはVC2は、その内部に昇圧段(図6参照)を有し、図17に示すクロック信号ΦまたはΦバーを昇圧してクロック出力部CLKOUTから出力する。 The voltage conversion circuit unit 220 includes voltage conversion circuits VC1 and VC2. Each of voltage conversion circuits VC1 and VC2 includes a clock input unit CLKIN, a clock output unit CLKOUT, and a mode input unit MODE. The clock signal Φ is input to the clock input section CLKIN of the voltage conversion circuit VC1, and the clock signal Φ bar is input to the clock input section CLKIN of the voltage conversion circuit VC2. The clock output unit CLKOUT of the voltage conversion circuit VC1 is connected to the other electrode of the capacitor CA 2k-1 , and the clock output unit CLKOUT of the voltage conversion circuit VC2 is connected to the other electrode of the capacitor CA 2k . The voltage conversion circuit VC1 or VC2 has a boosting stage (see FIG. 6) inside, and boosts the clock signal Φ or Φbar shown in FIG. 17 and outputs it from the clock output unit CLKOUT.

モード入力部MODEに入力されるモード信号は、供給電圧Vin1〜Vin3(図6参照)の大きさに基づいて電圧変換回路VC1またはVC2内の昇圧段数あるいは昇圧段の容量を変更するために用いられる。本実施形態では、モード信号は、MODE1〜MODE3の3種類である。MODE1〜MODE3の詳細は、図7〜図9において説明する。   The mode signal input to the mode input unit MODE is used to change the number of boosting stages or the capacity of the boosting stage in the voltage conversion circuit VC1 or VC2 based on the magnitude of the supply voltages Vin1 to Vin3 (see FIG. 6). . In the present embodiment, there are three types of mode signals, MODE1 to MODE3. Details of MODE1 to MODE3 will be described with reference to FIGS.

図6は、電圧変換回路VC1またはVC2(以下、電圧変換回路VCという)の構成を示す回路図である。電圧変換回路VCは、昇圧段BS1およびBS2と、p型トランジスタQPB1〜QPB3と、スイッチング素子SW1〜SW3とを備えている。昇圧段BS1およびBS2、並びに、トランジスタQPB1〜QPB3は、それぞれ第1の実施形態における昇圧段BS1およびBS2、並びに、トランジスタQPB1〜QPB3と同様の構成でよい。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the voltage conversion circuit VC1 or VC2 (hereinafter referred to as voltage conversion circuit VC). Voltage conversion circuit VC includes boosting stages BS1 and BS2, p-type transistors QPB1 to QPB3, and switching elements SW1 to SW3. The boosting stages BS1 and BS2 and the transistors QPB1 to QPB3 may have the same configuration as the boosting stages BS1 and BS2 and the transistors QPB1 to QPB3 in the first embodiment, respectively.

本実施形態では、スイッチング素子SW1〜SW3が昇圧段BS1と昇圧段BS2との間に設けられている。スイッチング素子SW1は、キャパシタCD1の供給電圧Vin1側の電極と、キャパシタCD2のグランド側の電極との間に接続され、尚且つ、トランジスタQPB2に対して直列に接続されている。スイッチング素子SW2は、キャパシタCD1およびキャパシタCD2のそれぞれのグランド側の電極間に接続されている。スイッチング素子SW3は、キャパシタCD1およびキャパシタCD2のそれぞれの供給電圧Vin1側の電極間に接続されている。   In the present embodiment, the switching elements SW1 to SW3 are provided between the boosting stage BS1 and the boosting stage BS2. The switching element SW1 is connected between the electrode on the supply voltage Vin1 side of the capacitor CD1 and the electrode on the ground side of the capacitor CD2, and is connected in series to the transistor QPB2. The switching element SW2 is connected between electrodes on the ground side of the capacitors CD1 and CD2. The switching element SW3 is connected between the electrodes on the supply voltage Vin1 side of each of the capacitors CD1 and CD2.

図7〜図9は、図6に示す電圧変換回路VCのモードごとの動作を示す等価回路図である。図7〜図9を参照して、モード1〜モード3について詳述する。   7 to 9 are equivalent circuit diagrams showing the operation of each mode of the voltage conversion circuit VC shown in FIG. Modes 1 to 3 will be described in detail with reference to FIGS.

(モード1)
モード1では、図7に示すように、スイッチング素子SW1がオンであり、スイッチング素子SW2およびSW3がオフである。よって、昇圧段BS1およびBS2の両方がクロック信号CSINを昇圧するので、モード1は供給電圧Vin1〜Vin3が比較的低いときの動作モードである。
(Mode 1)
In mode 1, as shown in FIG. 7, switching element SW1 is on, and switching elements SW2 and SW3 are off. Therefore, since both boosting stages BS1 and BS2 boost the clock signal CSIN, mode 1 is an operation mode when the supply voltages Vin1 to Vin3 are relatively low.

まず、クロック信号CSINがハイであるときには、トランジスタQND1、QND2、QNE1およびQNE2はオンになり、トランジスタQPB1〜QPB3はオフになる。これによって、キャパシタCD1およびCD2はそれぞれ供給電圧Vin1およびVin2とグランドとの間で充電される。例えば、トランジスタQND1およびQND2のそれぞれの閾値による充電電圧の降下がないものとすると、キャパシタCD1およびCD2のそれぞれの電極間には、Vin1およびVin2の電圧が充電される。   First, when the clock signal CSIN is high, the transistors QND1, QND2, QNE1, and QNE2 are turned on, and the transistors QPB1 to QPB3 are turned off. Thereby, the capacitors CD1 and CD2 are charged between the supply voltages Vin1 and Vin2 and the ground, respectively. For example, assuming that there is no drop in the charging voltage due to the respective threshold values of transistors QND1 and QND2, the voltages of Vin1 and Vin2 are charged between the electrodes of capacitors CD1 and CD2.

次に、クロック信号CSINがロウであるときには、トランジスタQPB1〜QPB3はオンになり、トランジスタQND1、QND2、QNE1およびQNE2はオフになる。これによって、キャパシタCD1およびCD2は、トランジスタQPB1〜QPB3を介して、供給電圧Vin3とクロック出力部CLKOUTとの間で直列接続される。その結果、供給電圧Vin1〜Vin3から昇圧されたクロック信号CSOUTが、クロック出力部CLKOUTから図5に示すキャパシタCA1〜CAmのいずれかに供給される。クロック信号CSOUTは、Vin1+Vin2+Vin3程度にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK3とする。   Next, when the clock signal CSIN is low, the transistors QPB1 to QPB3 are turned on, and the transistors QND1, QND2, QNE1, and QNE2 are turned off. Thus, the capacitors CD1 and CD2 are connected in series between the supply voltage Vin3 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QPB1 to QPB3. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin1 to Vin3 is supplied from the clock output unit CLKOUT to any of the capacitors CA1 to CAm shown in FIG. The clock signal CSOUT is boosted to about Vin1 + Vin2 + Vin3. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK3.

(モード2)
モード2では、図8に示すように、スイッチング素子SW2がオンであり、スイッチング素子SW1およびSW3がオフである。よって、昇圧段BS1はクロック信号CSINを昇圧せず、昇圧段BS2のみがクロック信号CSINを昇圧するので、モード2は、供給電圧Vin1〜Vin3が比較的高いときの動作モードである。
(Mode 2)
In mode 2, as shown in FIG. 8, switching element SW2 is on, and switching elements SW1 and SW3 are off. Therefore, since the boosting stage BS1 does not boost the clock signal CSIN, and only the boosting stage BS2 boosts the clock signal CSIN, mode 2 is an operation mode when the supply voltages Vin1 to Vin3 are relatively high.

まず、クロック信号CSINがハイであるときには、トランジスタQND2、QNE1およびQNE2はオンになり、トランジスタQPB1およびQPB3はオフになる。これによって、キャパシタCD2は供給電圧Vin2とグランドとの間で充電される。キャパシタCD2の電極間はVin2に充電される。   First, when the clock signal CSIN is high, the transistors QND2, QNE1, and QNE2 are turned on, and the transistors QPB1 and QPB3 are turned off. As a result, the capacitor CD2 is charged between the supply voltage Vin2 and the ground. The space between the electrodes of the capacitor CD2 is charged to Vin2.

次に、クロック信号CSINがロウであるときには、トランジスタQPB1およびQPB3はオンになり、トランジスタQND2、QNE1およびQNE2はオフになる。これによって、キャパシタCD2は、トランジスタQPB1およびQPB3を介して、供給電圧Vin3とクロック出力部CLKOUTとの間で直列接続される。その結果、供給電圧Vin2およびVin3から昇圧されたクロック信号CSOUTが、クロック出力部CLKOUTから図5に示すキャパシタCA1〜CAmのいずれかに供給される。クロック信号CSOUTは、Vin2+Vin3程度にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK4とする。   Next, when the clock signal CSIN is low, the transistors QPB1 and QPB3 are turned on, and the transistors QND2, QNE1 and QNE2 are turned off. Thus, the capacitor CD2 is connected in series between the supply voltage Vin3 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QPB1 and QPB3. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin2 and Vin3 is supplied from the clock output unit CLKOUT to any of the capacitors CA1 to CAm shown in FIG. The clock signal CSOUT is boosted to about Vin2 + Vin3. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK4.

電圧VCLK4の昇圧の度合いが、電圧VCLK3の昇圧の度合いよりも小さいことは明らかである。例えば、供給電圧Vin1〜Vin5がVinであるとすると、VCLK3=3*Vin、VCLK4=2*Vinとなる。   It is obvious that the degree of boosting of the voltage VCLK4 is smaller than the degree of boosting of the voltage VCLK3. For example, when supply voltages Vin1 to Vin5 are Vin, VCLK3 = 3 * Vin and VCLK4 = 2 * Vin.

よって、本実施形態における電圧変換回路VCは、供給電圧Vin1〜Vin3が比較的低い(例えば、約1.5V)のときにはモード1によって比較的大きくクロック信号を昇圧し、供給電圧Vin1〜Vin3が比較的高い(例えば、約2.2V以上)のときにはモード2によって比較的小さくクロック信号を昇圧する。   Therefore, the voltage conversion circuit VC in the present embodiment boosts the clock signal relatively large in mode 1 when the supply voltages Vin1 to Vin3 are relatively low (for example, about 1.5 V), and the supply voltages Vin1 to Vin3 are compared. When the voltage is high (for example, about 2.2 V or more), the clock signal is boosted relatively small in mode 2.

(モード3)
モード3では、図9に示すように、スイッチング素子SW2およびSW3がオンであり、スイッチング素子SW1がオフである。よって、キャパシタCD1およびCD2が並列に接続される。これにより、昇圧段BS1およびBS2は、キャパシタCD1およびCD2の容量が足された大きな容量を有するキャパシタ(CD12とする)を備えた1つの昇圧段と等価である。モード3は、特に、バーンイン工程において、昇圧回路200を、動作保証範囲以上の電源電圧および温度で動作させるときの動作モードである。尚、モード3では、供給電圧Vin1およびVin2がVin12であるとする。
(Mode 3)
In mode 3, as shown in FIG. 9, switching elements SW2 and SW3 are on, and switching element SW1 is off. Therefore, capacitors CD1 and CD2 are connected in parallel. Thereby, boosting stages BS1 and BS2 are equivalent to one boosting stage including a capacitor (referred to as CD12) having a large capacity obtained by adding the capacitances of capacitors CD1 and CD2. Mode 3 is an operation mode in which the booster circuit 200 is operated at a power supply voltage and a temperature exceeding the guaranteed operating range, particularly in the burn-in process. In mode 3, it is assumed that supply voltages Vin1 and Vin2 are Vin12.

まず、クロック信号CSINがハイであるときには、トランジスタQND1、QND2、QNE1およびQNE2はオンになり、トランジスタQPB1およびQPB3はオフになる。これによって、キャパシタCD12はそれぞれ供給電圧Vin12とグランドとの間で充電される。例えば、キャパシタCD12の電極間はVin12に充電される。   First, when the clock signal CSIN is high, the transistors QND1, QND2, QNE1, and QNE2 are turned on, and the transistors QPB1 and QPB3 are turned off. As a result, the capacitor CD12 is charged between the supply voltage Vin12 and the ground. For example, the voltage between the electrodes of the capacitor CD12 is charged to Vin12.

次に、クロック信号CSINがロウであるときには、トランジスタQPB1およびQPB3はオンになり、トランジスタQND1、QND2、QNE1およびQNE2はオフになる。これによって、キャパシタCD2は、トランジスタQPB1およびQPB3を介して、供給電圧Vin3とクロック出力部CLKOUTとの間に接続される。その結果、供給電圧Vin12およびVin3から昇圧されたクロック信号CSOUTが、クロック出力部CLKOUTから図5に示すキャパシタCA1〜CAmのいずれかに供給される。例えば、クロック信号CSOUTは、Vin12+Vin3にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK5とする。Vin3およびVin12がVinであるとすると、電圧VCLK5は、2*Vinとなり、第2のモードにおける電圧VCLK4に等しい。よって、供給電圧Vin1〜Vin3が比較的高い(例えば、約2.2V以上)のときには、モード3によっても比較的小さくクロック信号を昇圧することができる。   Next, when the clock signal CSIN is low, the transistors QPB1 and QPB3 are turned on, and the transistors QND1, QND2, QNE1, and QNE2 are turned off. Thus, the capacitor CD2 is connected between the supply voltage Vin3 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QPB1 and QPB3. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin12 and Vin3 is supplied from the clock output unit CLKOUT to any of the capacitors CA1 to CAm shown in FIG. For example, the clock signal CSOUT is boosted to Vin12 + Vin3. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK5. Assuming that Vin3 and Vin12 are Vin, the voltage VCLK5 is 2 * Vin, which is equal to the voltage VCLK4 in the second mode. Therefore, when the supply voltages Vin1 to Vin3 are relatively high (for example, about 2.2 V or more), the clock signal can be boosted relatively small even in mode 3.

さらに、キャパシタCD12の容量はモード2におけるキャパシタCD2よりも大きいので、出力電流がモード2よりも大きい。よって、高温で動作させるために、リーク電流により昇圧回路の負荷電流が増えるバーンイン工程に適している。ここでリーク電流とは、拡散層の接合リークやトランジスタのサブスレッショルドリーク等のことを指している。昇圧能力が高い分、消費電流がモード2よりも大きいが、バーンイン工程においては、消費電流の増加は問題にならない。   Furthermore, since the capacitance of the capacitor CD12 is larger than that of the capacitor CD2 in mode 2, the output current is larger than that in mode 2. Therefore, in order to operate at a high temperature, it is suitable for a burn-in process in which the load current of the booster circuit increases due to the leakage current. Here, the leakage current refers to junction leakage in the diffusion layer, sub-threshold leakage in the transistor, and the like. Since the boosting capability is high, the current consumption is larger than that in mode 2, but an increase in current consumption is not a problem in the burn-in process.

本実施形態により、昇圧回路200は、外部からの供給電圧が互いに異なる電圧値を有する場合であっても、安定した昇圧能力を有し得る。バーンイン工程であっても、モード3を用いることによって出力電流を増加させつつ、安定した出力電圧を出力することができる。また、モード2においては、供給電圧が大きくとも、電圧変換回路VCの消費電力の増加が抑制される。   According to this embodiment, the booster circuit 200 can have a stable boost capability even when externally supplied voltages have different voltage values. Even in the burn-in process, by using mode 3, it is possible to output a stable output voltage while increasing the output current. In mode 2, even if the supply voltage is large, an increase in power consumption of the voltage conversion circuit VC is suppressed.

キャパシタCD1およびCD2の絶縁膜には、低耐圧トランジスタのゲート酸化膜を用いている。これにより、昇圧回路200全体の面積が小さくなる。   As the insulating films of the capacitors CD1 and CD2, a gate oxide film of a low breakdown voltage transistor is used. Thereby, the area of the whole booster circuit 200 is reduced.

キャパシタCD1およびCD2の容量値は等しくてよい。しかし、キャパシタCD1の容量をキャパシタCD2の容量の容量よりも大きくしてもよい。これにより、キャパシタCD1およびCD2を直列に接続するモード1において、クロック信号CSOUTの振幅がトランジスタQND1、QND2、QNE2、QPB2、QPB3、キャパシタCD1、CD2およびそれらを接続する配線の寄生容量によって理想的な値から小さくなってしまうことを防止することができる。   The capacitance values of the capacitors CD1 and CD2 may be equal. However, the capacitance of the capacitor CD1 may be larger than the capacitance of the capacitor CD2. Thereby, in the mode 1 in which the capacitors CD1 and CD2 are connected in series, the amplitude of the clock signal CSOUT is ideal due to the parasitic capacitances of the transistors QND1, QND2, QNE2, QPB2, QPB3, the capacitors CD1, CD2 and the wiring connecting them. It is possible to prevent the value from becoming smaller.

本実施形態では、電圧変換回路VC1およびVC2は、クロック信号ΦおよびΦバーに対応して2つ設けられている。しかし、電圧変換回路VCは、図15に示すように、トランジスタQNA〜QNAのそれぞれに対応して設けられてもよい。 In the present embodiment, two voltage conversion circuits VC1 and VC2 are provided corresponding to the clock signals Φ and Φbar. However, the voltage conversion circuit VC may be provided corresponding to each of the transistors QNA 1 to QNA m as shown in FIG.

供給電圧Vin1〜Vin3は、クロック出力部CLKOUTの電圧制御を容易にするために総て等しくてよい。一方、供給電圧Vin1〜Vin3は、いずれかを異なる電圧とし、他を等しくしてもよい。例えば、供給電圧Vin3のみを他の供給電圧よりも大きくしてもよい。   The supply voltages Vin1 to Vin3 may be all equal to facilitate voltage control of the clock output unit CLKOUT. On the other hand, one of the supply voltages Vin1 to Vin3 may be different and the other may be equal. For example, only the supply voltage Vin3 may be larger than other supply voltages.

本実施形態において、トランジスタQPB1〜QPB3、QND1、QND2、QNE1およびQNE2は総て低耐圧トランジスタとしたが、供給電圧の一部を高電圧にすることに伴い、これらのトランジスタの一部を高耐圧トランジスタにしてもよい。例えば、供給電圧Vin2のみを他の供給電圧よりも大きくした場合、トランジスタQPB2、QND2およびQNE2を高耐圧トランジスタにしてもよい。この場合、トランジスタQPB2、QND2およびQNE2のサイズおよび寄生容量が大きくなるが、昇圧能力の安定化という効果は得られる。   In this embodiment, the transistors QPB1 to QPB3, QND1, QND2, QNE1 and QNE2 are all low withstand voltage transistors. However, as some of the supply voltages are increased, some of these transistors have high withstand voltages. A transistor may be used. For example, when only the supply voltage Vin2 is higher than the other supply voltages, the transistors QPB2, QND2, and QNE2 may be high voltage transistors. In this case, the size and parasitic capacitance of the transistors QPB2, QND2, and QNE2 increase, but the effect of stabilizing the boosting capability is obtained.

本実施形態において、昇圧段数はBS1〜BS2の2段であった。しかし、昇圧段数は、3段以上であってもよい。但し、実際には、寄生容量を増加させ、電圧損失を増大させないために、昇圧段は4段以下であることが好ましい。   In this embodiment, the number of boosting stages is two stages BS1 to BS2. However, the number of boosting stages may be three or more. However, in actuality, in order to increase the parasitic capacitance and not increase the voltage loss, the boosting stage is preferably four or less.

さらに、本実施形態において、トランジスタQPB1〜QPB3とトランジスタQNE1、QNE2とはクロック信号CSINによって同期して駆動される。しかし、電圧損失を増大させないために、トランジスタQPB1〜QPB3はトランジスタQNE1、QNE2に対して遅延して駆動されてもよい。さらに、本実施形態において、トランジスタQND1とQND2、QNE1とQNE2、およびQPB1〜QPB3には全て、同じCLKINが入力されるとしたが、一部には、同位相で別振幅のクロック信号が入力されるようになっていてもよい。   Further, in this embodiment, the transistors QPB1 to QPB3 and the transistors QNE1 and QNE2 are driven in synchronization by the clock signal CSIN. However, in order not to increase the voltage loss, the transistors QPB1 to QPB3 may be driven with a delay relative to the transistors QNE1 and QNE2. Further, in the present embodiment, the same CLKIN is input to all of the transistors QND1 and QND2, QNE1 and QNE2, and QPB1 to QPB3. However, a clock signal having the same phase and different amplitude is input to some of the transistors. It may come to be.

次に、第2の実施形態におけるスイッチング素子SW1〜SW3の具体例を示す。   Next, specific examples of the switching elements SW1 to SW3 in the second embodiment are shown.

図10は、スイッチング素子SW1の一実施形態である。端子TM1およびTM2は、それぞれトランジスタQPB2および昇圧段BS2に接続されている。端子TM1と端子TM2との間がモード信号MODE1により導通または非導通となる。   FIG. 10 shows an embodiment of the switching element SW1. Terminals TM1 and TM2 are connected to transistor QPB2 and boosting stage BS2, respectively. The terminal TM1 and the terminal TM2 are turned on or off by the mode signal MODE1.

スイッチング素子SW1は、PMOSトランジスタQP3、 NMOSトランジスタQN8、キャパシタC3、NMOSトランジスタQN6、NMOSトランジスタQN7、NORゲートNOR1およびインバータINV1を備えている。トランジスタQP3は、トランジスタQPB1〜QPB3のいずれかと同じ構成でよい。トランジスタQN6、QN7、QN8は、トランジスタQND1、QND2、QNE1またはQNE2と同じ構成でよい。キャパシタC3は、キャパシタCD1またはCD2と同じ構成でよい。   The switching element SW1 includes a PMOS transistor QP3, an NMOS transistor QN8, a capacitor C3, an NMOS transistor QN6, an NMOS transistor QN7, a NOR gate NOR1, and an inverter INV1. The transistor QP3 may have the same configuration as any of the transistors QPB1 to QPB3. Transistors QN6, QN7, and QN8 may have the same configuration as transistors QND1, QND2, QNE1, or QNE2. The capacitor C3 may have the same configuration as the capacitor CD1 or CD2.

トランジスタQP3は、端子TM1と端子TM2との間に接続されている。トランジスタQP3のバックゲートは端子TM1に接続されている。トランジスタQN7、キャパシタC3およびトランジスタQN6は、供給電圧Vinとグランドとの間に直列に接続されている。トランジスタQN8は、トランジスタQP3のゲートに接続され、さらに、トランジスタQN7およびキャパシタC3の接続点とグランドとの間に接続されている。   The transistor QP3 is connected between the terminals TM1 and TM2. The back gate of the transistor QP3 is connected to the terminal TM1. Transistor QN7, capacitor C3 and transistor QN6 are connected in series between supply voltage Vin and ground. The transistor QN8 is connected to the gate of the transistor QP3, and is further connected between the connection point of the transistor QN7 and the capacitor C3 and the ground.

NORゲートNOR1は、モード信号MODE1をインバータINV1で反転した信号と、クロック信号CSINとを入力し、これらの信号の否定論理和をトランジスタQN8のゲートへ出力する。トランジスタQN7およびトランジスタQN6のゲートには、クロック信号CSINが入力される。尚、Vinは、Vin1〜Vin3のいずれでもよい。   The NOR gate NOR1 receives a signal obtained by inverting the mode signal MODE1 with the inverter INV1 and the clock signal CSIN, and outputs a negative logical sum of these signals to the gate of the transistor QN8. Clock signal CSIN is input to the gates of transistors QN7 and QN6. Vin may be any of Vin1 to Vin3.

クロック信号CSINがハイ(Vin)であるとき、トランジスタQN6およびQN7がオンし、トランジスタQN8はオフする。よって、端子TM1は接地電位になり、トランジスタQP3のゲート電位は、Vinとなるので、トランジスタQP3はオフになる。尚、トランジスタQN7の閾値による電圧降下はないものとした。このとき、キャパシタC3の他方の電極は、Vin1の電圧に充電されている。端子TM2は、クロック信号CSINがハイのときには、昇圧段BS2を介して、接地されている。よって、トランジスタQP3のドレイン−Nウェル(チャネル部)間がフォワードバイアスにならない。その結果、端子TM1と端子TM2との間は非導通となる。   When the clock signal CSIN is high (Vin), the transistors QN6 and QN7 are turned on and the transistor QN8 is turned off. Therefore, the terminal TM1 becomes the ground potential, and the gate potential of the transistor QP3 becomes Vin, so that the transistor QP3 is turned off. Note that there is no voltage drop due to the threshold value of the transistor QN7. At this time, the other electrode of the capacitor C3 is charged to a voltage of Vin1. The terminal TM2 is grounded via the boosting stage BS2 when the clock signal CSIN is high. Therefore, no forward bias is applied between the drain and N well (channel portion) of the transistor QP3. As a result, the terminal TM1 and the terminal TM2 become non-conductive.

クロック信号CSINがロウ(接地電位)であるとき、トランジスタQN6およびQN7はオフになる。このとき、モード信号MODE1がハイ(アクティブ状態)である場合には、トランジスタQN8はオンする。これにより、トランジスタQP3のゲート電位は接地電位となるためトランジスタQP3はオンする。即ち、端子TM1と端子TM2との間は導通する。   When the clock signal CSIN is low (ground potential), the transistors QN6 and QN7 are turned off. At this time, when the mode signal MODE1 is high (active state), the transistor QN8 is turned on. As a result, the gate potential of the transistor QP3 becomes the ground potential, so that the transistor QP3 is turned on. That is, the terminals TM1 and TM2 are electrically connected.

一方、モード信号MODE1がロウ(非アクティブ状態)である場合には、トランジスタQN8はオフになる。これにより、キャパシタC3によってトランジスタQP3のゲート−ソース間には電圧Vin1が保持されるので、トランジスタQP3はオフになる。即ち、端子TM1と端子TM2との間は非導通となる。   On the other hand, when the mode signal MODE1 is low (inactive state), the transistor QN8 is turned off. As a result, the voltage Vin1 is held between the gate and source of the transistor QP3 by the capacitor C3, so that the transistor QP3 is turned off. That is, the terminal TM1 and the terminal TM2 are not conductive.

このスイッチング素子SW1は、モード信号MODE1がハイのときには、クロック信号CSINに依存して端子TM1とTM2との間が導通または非導通になる。しかし、スイッチング素子SW1は、モード信号MODE1がハイのときには、クロック信号CSINの状態に関わらず端子TM1とTM2との間を導通状態に維持してもよい。   When the mode signal MODE1 is high, the switching element SW1 becomes conductive or non-conductive between the terminals TM1 and TM2 depending on the clock signal CSIN. However, when the mode signal MODE1 is high, the switching element SW1 may maintain the conduction state between the terminals TM1 and TM2 regardless of the state of the clock signal CSIN.

図11は、スイッチング素子SW2の一実施形態である。端子TM3およびTM4は、それぞれキャパシタCD1およびCD2のグランド側の電極に接続されている。端子TM3と端子TM4との間がモード信号MODE2およびMODE3により導通または非導通となる。   FIG. 11 shows an embodiment of the switching element SW2. Terminals TM3 and TM4 are connected to electrodes on the ground side of capacitors CD1 and CD2, respectively. The terminals TM3 and TM4 are turned on or off by the mode signals MODE2 and MODE3.

スイッチング素子SW2は、PMOSトランジスタQP4、 NMOSトランジスタQN9、キャパシタC4、NANDゲートNAND1、NORゲートNOR2およびインバータINV2を備えている。トランジスタQP4は、トランジスタQPB1〜QPB3のいずれかと同じ構成でよい。トランジスタQN9は、トランジスタQND1、QND2、QNE1またはQNE2と同じ構成でよい。キャパシタC4は、キャパシタCD1またはCD2と同じ構成でよい。   The switching element SW2 includes a PMOS transistor QP4, an NMOS transistor QN9, a capacitor C4, a NAND gate NAND1, a NOR gate NOR2, and an inverter INV2. The transistor QP4 may have the same configuration as any of the transistors QPB1 to QPB3. Transistor QN9 may have the same configuration as transistors QND1, QND2, QNE1 or QNE2. The capacitor C4 may have the same configuration as the capacitor CD1 or CD2.

トランジスタQP4は、端子TM3と端子TM4との間に接続されている。トランジスタQP4のバックゲートは端子TM3に接続されている。キャパシタC4は、トランジスタQP4のゲートと端子TM3との間に接続されている。トランジスタQN9は、トランジスタQP4のゲートとグランドとの間に接続されている。   The transistor QP4 is connected between the terminals TM3 and TM4. The back gate of the transistor QP4 is connected to the terminal TM3. The capacitor C4 is connected between the gate of the transistor QP4 and the terminal TM3. The transistor QN9 is connected between the gate of the transistor QP4 and the ground.

NORゲートNOR2は、モード信号MODE2およびMODE3を入力し、これらの信号の否定論理和を出力する。NANDゲートNAND1は、クロック信号CSINをインバータINV2で反転した信号と、NORゲートNOR2からの出力信号を入力し、これらの信号の否定論理積をトランジスタQN9のゲートへ出力する。   The NOR gate NOR2 receives the mode signals MODE2 and MODE3, and outputs a negative logical sum of these signals. The NAND gate NAND1 receives a signal obtained by inverting the clock signal CSIN by the inverter INV2 and an output signal from the NOR gate NOR2, and outputs a negative logical product of these signals to the gate of the transistor QN9.

モード信号MODE2またはモード信号MODE3がハイ(アクティブ状態)のとき、トランジスタQN9はオンする。よって、トランジスタQP4もオンするので、端子TM3と端子TM4との間が導通する。   When the mode signal MODE2 or the mode signal MODE3 is high (active state), the transistor QN9 is turned on. Therefore, since the transistor QP4 is also turned on, the terminals TM3 and TM4 are electrically connected.

モード信号MODE2およびモード信号MODE3がロウ(非アクティブ状態)であり、かつ、クロック信号CSINがハイ(Vin)であるときには、トランジスタQN9はオンするので、トランジスタQP4のゲート電位は接地電位(0V)になる。しかし、端子TM3および端子TM4は、それぞれ昇圧段BS1およびBS2を介して接地されているので、トランジスタQP4はオンにならない。このとき、キャパシタC4の両電極間の電位差は、ほぼ0Vとなる。   When the mode signal MODE2 and the mode signal MODE3 are low (inactive state) and the clock signal CSIN is high (Vin), the transistor QN9 is turned on, so that the gate potential of the transistor QP4 is set to the ground potential (0V). Become. However, since the terminals TM3 and TM4 are grounded through the boosting stages BS1 and BS2, respectively, the transistor QP4 is not turned on. At this time, the potential difference between both electrodes of the capacitor C4 is approximately 0V.

モード信号MODE2およびモード信号MODE3がロウ(非アクティブ状態)であり、かつ、クロック信号CSINがロウ(0V)であるときには、トランジスタQN9はオフになる。このとき、キャパシタC4によってトランジスタQP4のゲート−ソース間には電位差0V が保持されるので、トランジスタQP4はオフになる。即ち、端子TM3と端子TM4との間は非導通である。   When the mode signal MODE2 and the mode signal MODE3 are low (inactive state) and the clock signal CSIN is low (0 V), the transistor QN9 is turned off. At this time, since the potential difference 0V is held between the gate and the source of the transistor QP4 by the capacitor C4, the transistor QP4 is turned off. That is, the terminals TM3 and TM4 are non-conductive.

図12は、スイッチング素子SW3の一実施形態である。端子TM5およびTM6は、それぞれキャパシタCD1およびCD2の供給電圧側の電極に接続されている。端子TM5と端子TM6との間がモード信号MODE3により導通または非導通となる。   FIG. 12 shows an embodiment of the switching element SW3. Terminals TM5 and TM6 are connected to electrodes on the supply voltage side of capacitors CD1 and CD2, respectively. The terminal TM5 and the terminal TM6 are turned on or off by the mode signal MODE3.

スイッチング素子SW3は、PMOSトランジスタQP5、 NMOSトランジスタQN10、QN11、キャパシタC5、NORゲートNOR3およびインバータINV3を備えている。トランジスタQP5は、トランジスタQPB1〜QPB3のいずれかと同じ構成でよい。トランジスタQN10、QN11は、トランジスタQND1、QND2、QNE1またはQNE2と同じ構成でよい。キャパシタC5は、キャパシタCD1またはCD2と同じ構成でよい。   The switching element SW3 includes a PMOS transistor QP5, NMOS transistors QN10 and QN11, a capacitor C5, a NOR gate NOR3, and an inverter INV3. Transistor QP5 may have the same configuration as any of transistors QPB1 to QPB3. The transistors QN10 and QN11 may have the same configuration as the transistors QND1, QND2, QNE1 or QNE2. The capacitor C5 may have the same configuration as the capacitor CD1 or CD2.

トランジスタQP5は、端子TM5と端子TM6との間に接続されている。トランジスタQP5のバックゲートは端子TM5に接続されている。キャパシタC5は、トランジスタQP5のゲートと端子TM5との間に接続されている。トランジスタQN10は、トランジスタQP5のゲートとグランドとの間に接続されている。トランジスタQN11は、トランジスタQP5のゲートと供給電圧Vinとの間に接続されている。NORゲートNOR3は、クロック信号CSINをインバータINV3で反転した信号とモード信号MODE3とを入力し、これらの信号の否定論理和をトランジスタQN11のゲートへ出力する。また、モード信号MODE3は、トランジスタQN10のゲートに入力されている。   The transistor QP5 is connected between the terminals TM5 and TM6. The back gate of the transistor QP5 is connected to the terminal TM5. The capacitor C5 is connected between the gate of the transistor QP5 and the terminal TM5. The transistor QN10 is connected between the gate of the transistor QP5 and the ground. The transistor QN11 is connected between the gate of the transistor QP5 and the supply voltage Vin. The NOR gate NOR3 receives a signal obtained by inverting the clock signal CSIN by the inverter INV3 and the mode signal MODE3, and outputs a negative logical sum of these signals to the gate of the transistor QN11. The mode signal MODE3 is input to the gate of the transistor QN10.

モード信号MODE3がハイ(アクティブ状態)のとき、トランジスタQN10はオンになるので、トランジスタQP5のゲート電位は接地電位(0V)となる。さらに、クロック信号CSINがハイのときには、端子TM5および端子TM6は、それぞれ昇圧段BS1およびBS2を介して供給電圧Vinに接続される。また、クロック信号CSINがロウのときには、端子TM5および端子TM6は、供給電圧Vin以上に昇圧されている。よって、トランジスタQP5はオンして、端子TM5と端子TM6との間は導通する。   When the mode signal MODE3 is high (active state), the transistor QN10 is turned on, so that the gate potential of the transistor QP5 becomes the ground potential (0 V). Further, when the clock signal CSIN is high, the terminals TM5 and TM6 are connected to the supply voltage Vin via the boosting stages BS1 and BS2, respectively. When the clock signal CSIN is low, the terminals TM5 and TM6 are boosted to the supply voltage Vin or higher. Therefore, the transistor QP5 is turned on and conducts between the terminals TM5 and TM6.

次に、モード信号MODE3がロウ(非アクティブ状態)であるときには、トランジスタQN10はオフになる。さらに、クロック信号CSINがハイ(Vin)のときには、トランジスタQN11はオンになり、トランジスタQP5のゲート電位はVinになる。尚、トランジスタQN11の閾値による電圧降下はないものとした。このとき、端子TM5および端子TM6は、それぞれ昇圧段BS1およびBS2を介して供給電圧Vinに接続される。尚、Vin1=Vin2=Vinとした。よって、トランジスタQP5はオフになる。このとき、キャパシタC5の両電極間の電位差は0Vとなる。   Next, when the mode signal MODE3 is low (inactive state), the transistor QN10 is turned off. Further, when the clock signal CSIN is high (Vin), the transistor QN11 is turned on, and the gate potential of the transistor QP5 is Vin. It is assumed that there is no voltage drop due to the threshold value of the transistor QN11. At this time, the terminals TM5 and TM6 are connected to the supply voltage Vin through the boosting stages BS1 and BS2, respectively. Note that Vin1 = Vin2 = Vin. Therefore, the transistor QP5 is turned off. At this time, the potential difference between both electrodes of the capacitor C5 is 0V.

モード信号MODE3がロウ(非アクティブ状態)であり、かつ、クロック信号CSINがロウ (0V)である場合には、トランジスタQN11はオフになるが、キャパシタC5によってトランジスタQP5のゲート−ソース間には電位差0V が保持される。よって、トランジスタQP5はオフになる。即ち、端子TM5と端子TM6との間は非導通である。   When the mode signal MODE3 is low (inactive state) and the clock signal CSIN is low (0 V), the transistor QN11 is turned off, but the capacitor C5 causes a potential difference between the gate and the source of the transistor QP5. 0V is held. Therefore, the transistor QP5 is turned off. That is, the terminals TM5 and TM6 are non-conductive.

尚、図10〜図12に示すスイッチング素子SW1〜SW3の形態は一例にすぎず、同等の作用を有する如何なるスイッチ回路を用いてもよい。   The forms of the switching elements SW1 to SW3 shown in FIGS. 10 to 12 are merely examples, and any switch circuit having an equivalent function may be used.

(第3の実施形態)
図13は、本発明に係る第3の実施形態に従った昇圧回路内の電圧変換回路VDの回路図である。昇圧部は、第1または第2の実施形態の昇圧回路110または210と同様でよいので省略する。また、電圧変換回路部内における電圧変換回路VDの配列も、第1または第2の実施形態における電圧変換回路部120または220と同様でよいので省略する。
(Third embodiment)
FIG. 13 is a circuit diagram of the voltage conversion circuit VD in the booster circuit according to the third embodiment of the present invention. The boosting unit may be the same as that of the boosting circuit 110 or 210 of the first or second embodiment, and will not be described. Further, the arrangement of the voltage conversion circuit VD in the voltage conversion circuit unit may be the same as that of the voltage conversion circuit unit 120 or 220 in the first or second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

電圧変換回路VDは、第2の実施形態における電圧変換回路VCに、高耐圧用の昇圧段BS30およびBS40、p型高耐圧トランジスタQPB30〜QPB50、並びに、スイッチング素子SW1〜SW3を追加した構成を有する。   The voltage conversion circuit VD has a configuration in which boosting stages BS30 and BS40 for high breakdown voltage, p-type high breakdown voltage transistors QPB30 to QPB50, and switching elements SW1 to SW3 are added to the voltage conversion circuit VC in the second embodiment. .

昇圧段BS30は、n型高耐圧トランジスタQND30、キャパシタCD3およびn型高耐圧トランジスタQNE30を含む。トランジスタQND30、キャパシタCD3およびトランジスタQNE30は、供給電圧Vin3とグランドとの間に直列接続されている。昇圧段BS40は、n型高耐圧トランジスタQND40、キャパシタCD4およびn型高耐圧トランジスタQNE40を含む。トランジスタQND40、キャパシタCD4およびトランジスタQNE40は、供給電圧Vin4とグランドとの間に直列接続されている。   Boosting stage BS30 includes an n-type high voltage transistor QND30, a capacitor CD3 and an n-type high voltage transistor QNE30. The transistor QND30, the capacitor CD3, and the transistor QNE30 are connected in series between the supply voltage Vin3 and the ground. Boosting stage BS40 includes an n-type high voltage transistor QND40, a capacitor CD4 and an n-type high voltage transistor QNE40. The transistor QND40, the capacitor CD4, and the transistor QNE40 are connected in series between the supply voltage Vin4 and the ground.

トランジスタQPB30は、キャパシタCD2の供給電圧側の電極と、キャパシタCD3のグランド側の電極との間に接続されている。トランジスタQPB40およびスイッチング素子SW1は、キャパシタCD3の供給電圧側の電極と、キャパシタCD4のグランド側の電極との間に直列に接続されている。トランジスタQPB50は、キャパシタCD4の供給電圧側の電極と、クロック出力部CLKOUTとの間に接続されている。   The transistor QPB30 is connected between the supply voltage side electrode of the capacitor CD2 and the ground side electrode of the capacitor CD3. The transistor QPB40 and the switching element SW1 are connected in series between the supply voltage side electrode of the capacitor CD3 and the ground side electrode of the capacitor CD4. The transistor QPB50 is connected between the supply voltage side electrode of the capacitor CD4 and the clock output unit CLKOUT.

スイッチング素子SW2は、キャパシタCD3およびキャパシタCD4のそれぞれのグランド側の電極間に接続されている。スイッチング素子SW3は、キャパシタCD3およびキャパシタCD4のそれぞれの供給電圧側の電極間に接続されている。   The switching element SW2 is connected between the ground-side electrodes of the capacitors CD3 and CD4. Switching element SW3 is connected between the electrodes on the supply voltage side of capacitors CD3 and CD4.

電圧変換回路VDは4段の昇圧段を有し、第2の実施形態における電圧変換回路VCが有する昇圧段数よりも多い。よって、高電圧が発生する後段の昇圧段BS30およびBS40において高電圧が発生するので、昇圧段BS30およびBS40内のトランジスタには高耐圧トランジスタを用いている。一方、キャパシタCD3およびCD4には、供給電圧Vin3またはVin4とグランドとの電位差しか印加されないので低耐圧用のゲート絶縁膜を用いてよい。これにより、回路面積を比較的小さくできる。   The voltage conversion circuit VD has four boosting stages, which is larger than the number of boosting stages included in the voltage conversion circuit VC in the second embodiment. Therefore, a high voltage is generated in the subsequent boosting stages BS30 and BS40 in which a high voltage is generated. Therefore, high breakdown voltage transistors are used as the transistors in the boosting stages BS30 and BS40. On the other hand, since only the potential difference between the supply voltage Vin3 or Vin4 and the ground is applied to the capacitors CD3 and CD4, a gate insulating film for low withstand voltage may be used. Thereby, a circuit area can be made comparatively small.

本実施形態は、第2の実施形態と同様に、モード信号MODE1がハイ(アクティブ状態)のときには、スイッチング素子SW1がオンであり、スイッチング素子SW2、SW3がオフである。モード信号MODE2がハイのときは、スイッチング素子SW2がオンであり、スイッチング素子SW1、SW3がオフである。モード信号MODE3がハイのときは、スイッチング素子SW2、SW3がオンであり、スイッチング素子SW1がオフである。以下、各モードについて説明する。   In the present embodiment, similarly to the second embodiment, when the mode signal MODE1 is high (active state), the switching element SW1 is on and the switching elements SW2 and SW3 are off. When the mode signal MODE2 is high, the switching element SW2 is on and the switching elements SW1 and SW3 are off. When the mode signal MODE3 is high, the switching elements SW2 and SW3 are on and the switching element SW1 is off. Hereinafter, each mode will be described.

(モード1)
スイッチング素子SW1がオンであり、スイッチング素子SW2、SW3がオフである。このとき、昇圧段BS1〜BS40の総てがクロック信号CSINを昇圧するので、モード1は供給電圧Vin1〜Vin3が比較的低いときの動作モードである。
(Mode 1)
The switching element SW1 is on and the switching elements SW2 and SW3 are off. At this time, since all of the boosting stages BS1 to BS40 boost the clock signal CSIN, mode 1 is an operation mode when the supply voltages Vin1 to Vin3 are relatively low.

まず、クロック信号CSINがハイのときに、キャパシタCD1〜CD4がそれぞれ供給電圧Vin1〜Vin4とグランドとの間で充電される。例えば、トランジスタQND1〜QND40の閾値による充電電圧の降下がないとすると、キャパシタCD1〜CD4のそれぞれの電極間には、Vin1、Vin2、Vin3、Vin4の電圧が充電される。   First, when the clock signal CSIN is high, the capacitors CD1 to CD4 are charged between the supply voltages Vin1 to Vin4 and the ground, respectively. For example, if there is no drop in the charging voltage due to the threshold values of the transistors QND1 to QND40, the voltages of Vin1, Vin2, Vin3, and Vin4 are charged between the electrodes of the capacitors CD1 to CD4.

次に、クロック信号CSINがロウであるときには、キャパシタCD1〜CD4は、トランジスタQPB1〜QPB50を介して、供給電圧Vin5とクロック出力部CLKOUTとの間で直列接続される。その結果、供給電圧Vin1〜Vin5から昇圧されたクロック信号CSOUTが出力される。クロック信号CSOUTは、Vin1+Vin2+Vin3+Vin4+Vin5程度にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK7とする。Vin1〜Vin5がVinであるとすると、電圧VCLK7は、5*Vin程度となる。   Next, when the clock signal CSIN is low, the capacitors CD1 to CD4 are connected in series between the supply voltage Vin5 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QPB1 to QPB50. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin1 to Vin5 is output. The clock signal CSOUT is boosted to about Vin1 + Vin2 + Vin3 + Vin4 + Vin5. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK7. If Vin1 to Vin5 are Vin, the voltage VCLK7 is about 5 * Vin.

(モード2)
スイッチング素子SW2がオンであり、スイッチング素子SW1およびSW3がオフである。これにより、昇圧段BS1およびBS30は動作せず、昇圧段BS2およびBS40のみが動作するので、モード2は、供給電圧Vin1〜Vin3が比較的高いときの動作モードである。
(Mode 2)
Switching element SW2 is on, and switching elements SW1 and SW3 are off. Thereby, boosting stages BS1 and BS30 do not operate, and only boosting stages BS2 and BS40 operate. Therefore, mode 2 is an operation mode when supply voltages Vin1 to Vin3 are relatively high.

まず、クロック信号CSINがハイであるときには、キャパシタCD2およびCD40はそれぞれ供給電圧Vin2およびVin4とグランドとの間で充電される。例えば、キャパシタCD2およびCD40の電極間はそれぞれVin2およびVin4に充電される。   First, when the clock signal CSIN is high, the capacitors CD2 and CD40 are charged between the supply voltages Vin2 and Vin4 and the ground, respectively. For example, Vin2 and Vin4 are charged between the electrodes of the capacitors CD2 and CD40, respectively.

次に、クロック信号CSINがロウであるときには、キャパシタCD2およびCD40は、トランジスタQPB1、QPB30およびQPB50を介して、供給電圧Vin5とクロック出力部CLKOUTとの間で直列接続される。その結果、供給電圧Vin2、Vin4およびVin5から昇圧されたクロック信号CSOUTが出力される。例えば、クロック信号CSOUTは、Vin2+Vin4+Vin5程度にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK8とする。例えば、Vin2、Vin4およびVin5がVinであるとすると、電圧VCLK8は、3*Vin程度となる。   Next, when the clock signal CSIN is low, the capacitors CD2 and CD40 are connected in series between the supply voltage Vin5 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QPB1, QPB30, and QPB50. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin2, Vin4 and Vin5 is output. For example, the clock signal CSOUT is boosted to about Vin2 + Vin4 + Vin5. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK8. For example, if Vin2, Vin4, and Vin5 are Vin, the voltage VCLK8 is about 3 * Vin.

電圧VCLK8の昇圧の度合いが、電圧VCLK7の昇圧の度合いよりも小さいことは明らかである。よって、本実施形態における電圧変換回路VDは、供給電圧Vin1〜Vin5が比較的低い(例えば、約1.5V)のときにはモード1によって比較的大きくクロック信号を昇圧し、供給電圧Vin1〜Vin5が比較的高い(例えば、約2.5V以上)のときにはモード2によって比較的小さくクロック信号を昇圧する。   It is clear that the degree of boosting of the voltage VCLK8 is smaller than the degree of boosting of the voltage VCLK7. Therefore, the voltage conversion circuit VD in the present embodiment boosts the clock signal relatively large in mode 1 when the supply voltages Vin1 to Vin5 are relatively low (for example, about 1.5 V), and the supply voltages Vin1 to Vin5 are compared. When the target voltage is high (for example, about 2.5 V or more), the clock signal is boosted relatively small in mode 2.

(モード3)
モード3では、スイッチング素子SW2およびSW3がオンであり、スイッチング素子SW1がオフである。よって、キャパシタCD1およびCD2が並列に接続され、キャパシタCD30およびCD40が並列に接続される。これにより、昇圧段BS1およびBS2は、キャパシタCD1およびCD2の容量が足された大きな容量を有するキャパシタ(CD12とする)を備えた1つの昇圧段と等価である。同様に、昇圧段BS3およびBS4は、キャパシタCD30およびCD40の容量が足された大きな容量を有するキャパシタ(CD34とする)を備えた1つの昇圧段と等価である。モード3は、特に、バーンイン工程において、昇圧回路を、動作保証範囲以上の電源電圧および温度で動作させるときの動作モードである。尚、供給電圧Vin1およびVin2がVin12であり、供給電圧Vin3およびVin4とがVin34であるとする。
(Mode 3)
In mode 3, the switching elements SW2 and SW3 are on and the switching element SW1 is off. Therefore, capacitors CD1 and CD2 are connected in parallel, and capacitors CD30 and CD40 are connected in parallel. Thereby, boosting stages BS1 and BS2 are equivalent to one boosting stage including a capacitor (referred to as CD12) having a large capacity obtained by adding the capacitances of capacitors CD1 and CD2. Similarly, the boosting stages BS3 and BS4 are equivalent to one boosting stage including a capacitor (referred to as CD34) having a large capacity obtained by adding the capacitors CD30 and CD40. Mode 3 is an operation mode in which the booster circuit is operated at a power supply voltage and a temperature exceeding the guaranteed operating range, particularly in the burn-in process. It is assumed that the supply voltages Vin1 and Vin2 are Vin12 and the supply voltages Vin3 and Vin4 are Vin34.

まず、クロック信号CSINがハイであるときには、キャパシタCD12、CD34は、それぞれ供給電圧Vin12、Vin34とグランドとの間で充電される。例えば、キャパシタCD12、CD34の電極間は、それぞれVin12およびVin34に充電される。   First, when the clock signal CSIN is high, the capacitors CD12 and CD34 are charged between the supply voltages Vin12 and Vin34 and the ground, respectively. For example, Vin12 and Vin34 are charged between the electrodes of the capacitors CD12 and CD34, respectively.

次に、クロック信号CSINがロウであるときには、キャパシタCD12、CD34は、トランジスタQPB1、QPB30およびQPB50を介して、供給電圧Vin5とクロック出力部CLKOUTとの間に直列接続される。その結果、供給電圧Vin12、Vin34およびVin5から昇圧されたクロック信号CSOUTが出力される。例えば、クロック信号CSOUTは、Vin12+Vin34+Vin5程度にまで昇圧される。このときのクロック信号CSOUTの電圧をVCLK9とする。   Next, when the clock signal CSIN is low, the capacitors CD12 and CD34 are connected in series between the supply voltage Vin5 and the clock output unit CLKOUT via the transistors QPB1, QPB30, and QPB50. As a result, the clock signal CSOUT boosted from the supply voltages Vin12, Vin34 and Vin5 is output. For example, the clock signal CSOUT is boosted to about Vin12 + Vin34 + Vin5. The voltage of the clock signal CSOUT at this time is VCLK9.

例えば、Vin1〜Vin5、Vin12およびVin34がVinであるとすると、電圧VCLK8および電圧VCLK9は、ともに3*Vin程度となる。よって、供給電圧Vin1〜Vin5が比較的高い(例えば、約2.5V以上)のときには、モード3によっても比較的小さくクロック信号を昇圧することができる。   For example, if Vin1 to Vin5, Vin12, and Vin34 are Vin, the voltage VCLK8 and the voltage VCLK9 are both about 3 * Vin. Therefore, when the supply voltages Vin1 to Vin5 are relatively high (for example, about 2.5 V or more), the clock signal can be boosted relatively small even in mode 3.

さらに、キャパシタCD12、CD34の容量はモード2におけるキャパシタCD2およびCD4の容量よりも大きいので、出力電流がモード2よりも大きい。よって、高温で動作させるために、リーク電流により昇圧回路の負荷電流が増えるバーンイン工程に適している。ここで、リーク電流とは、拡散層の接合リークやトランジスタのサブスレッショルドリーク等のことを指している。昇圧能力が高い分、消費電流がモード2よりも大きいが、バーンイン工程においては、消費電流の増加は問題にならない。   Further, since the capacitances of the capacitors CD12 and CD34 are larger than the capacitances of the capacitors CD2 and CD4 in the mode 2, the output current is larger than that in the mode 2. Therefore, in order to operate at a high temperature, it is suitable for a burn-in process in which the load current of the booster circuit increases due to the leakage current. Here, the leakage current refers to junction leakage of the diffusion layer, sub-threshold leakage of the transistor, and the like. Since the boosting capability is high, the current consumption is larger than that in mode 2, but an increase in current consumption is not a problem in the burn-in process.

これにより、本実施形態は、第2の実施形態と同様の効果を有する。さらに、本実施形態において、後段の昇圧段BS30およびBS40が高耐圧トランジスタによって構成される。よって、各電圧変換回路VDが、クロック信号CSINを大きく昇圧することができる。   Thereby, this embodiment has the same effect as the second embodiment. Further, in the present embodiment, the subsequent boosting stages BS30 and BS40 are configured by high voltage transistors. Therefore, each voltage conversion circuit VD can boost the clock signal CSIN greatly.

供給電圧Vin1〜Vin5は、クロック出力部CLKOUTの電圧制御を容易にするために総て等しくてよい。一方、供給電圧Vin1〜Vin5は、いずれかを異なる電圧とし、他を等しくしてもよい。   The supply voltages Vin1 to Vin5 may all be equal to facilitate voltage control of the clock output unit CLKOUT. On the other hand, one of the supply voltages Vin1 to Vin5 may be different and the other may be equal.

本実施形態において、昇圧段数はBS1〜BS4の4段であった。しかし、昇圧段数は、3段以下であってもよく、5段以上であってもよい。但し、実際には、寄生容量を増加させ、電圧損失を増大させないために、昇圧段は4段以下であることが好ましい。   In the present embodiment, the number of boosting stages is four stages BS1 to BS4. However, the number of boosting stages may be three or less and may be five or more. However, in actuality, in order to increase the parasitic capacitance and not increase the voltage loss, the boosting stage is preferably four or less.

さらに、本実施形態において、トランジスタQPB1〜QPB50とトランジスタQNE1〜QNE40とはクロック信号CSINによって同期して駆動される。しかし、電圧損失を増大させないために、トランジスタQPB1〜QPB50はトランジスタQNE1〜QNE40に対して遅延して駆動されてもよい。さらに、本実施形態において、トランジスタQND1〜QND40、QNE1〜QNE40およびQPB1〜QPB50には全て、同じCLKINが入力されるとしたが、一部には、同位相で別振幅のクロック信号が入力されるようになっていてもよい。   Further, in the present embodiment, the transistors QPB1 to QPB50 and the transistors QNE1 to QNE40 are driven in synchronization by the clock signal CSIN. However, in order not to increase the voltage loss, the transistors QPB1 to QPB50 may be driven with a delay with respect to the transistors QNE1 to QNE40. Furthermore, in the present embodiment, the same CLKIN is input to all of the transistors QND1 to QND40, QNE1 to QNE40, and QPB1 to QPB50, but a clock signal having the same phase and different amplitude is input to some of the transistors. It may be like this.

(第4の実施形態)
図14は、本発明に係る第4の実施形態に従った昇圧回路内の電圧変換回路VEの回路図である。昇圧部は、第1または第2の実施形態の昇圧回路110または210と同様でよいので省略する。また、電圧変換回路部内における電圧変換回路VEの配列も、第1または第2の実施形態における電圧変換回路部120または220と同様でよいので省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 14 is a circuit diagram of the voltage conversion circuit VE in the booster circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The boosting unit may be the same as that of the boosting circuit 110 or 210 of the first or second embodiment, and will not be described. Further, the arrangement of the voltage conversion circuit VE in the voltage conversion circuit unit may be the same as that of the voltage conversion circuit unit 120 or 220 in the first or second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

電圧変換回路VEは、昇圧段BS1およびBS2と、スイッチング素子SW4およびSW5とを備えている。スイッチング素子SW4は、キャパシタCDの供給電圧側の電極とキャパシタCD2のグランド側の電極との間に接続されている。これにより、スイッチング素子SW4は、図7のスイッチング素子SW1およびトランジスタQPB2と同様に作用する。スイッチング素子SW5は、キャパシタCD1およびCD2のそれぞれの供給電圧側の電極間に接続されている。これにより、スイッチング素子SW5は、図7のスイッチング素子SW3と同様に作用する。 The voltage conversion circuit VE includes boosting stages BS1 and BS2 and switching elements SW4 and SW5. Switching element SW4 is connected between the ground-side electrode of the electrode and the capacitor CD2 of the supply voltage side of the capacitor CD 1. Thereby, switching element SW4 acts in the same manner as switching element SW1 and transistor QPB2 in FIG. Switching element SW5 is connected between the electrodes on the supply voltage side of capacitors CD1 and CD2. Thereby, the switching element SW5 acts in the same manner as the switching element SW3 of FIG.

スイッチング素子SW4は、PMOSトランジスタQP6、キャパシタC6、NMONSトランジスタQN12およびQN13、NORゲートNOR4、インバータINV4を備えている。トランジスタQP6のソースとドレインは、それぞれキャパシタCD1の供給電圧側の電極とキャパシタCD2のグランド側の電極との間に接続されている。トランジスタQN12およびQN13は、供給電圧Vinとグランドとの間に直列に接続されている。トランジスタQP6のゲートは、トランジスタQN12およびQN13の間の接続点に接続され、さらに、キャパシタC6を介してキャパシタCD1の供給電圧側の電極に接続されている。トランジスタQP6のバックゲートは、トランジスタQP6のソースおよびキャパシタCD1の供給電圧側の電極に接続されている。   The switching element SW4 includes a PMOS transistor QP6, a capacitor C6, NMONS transistors QN12 and QN13, a NOR gate NOR4, and an inverter INV4. The source and drain of the transistor QP6 are respectively connected between the supply voltage side electrode of the capacitor CD1 and the ground side electrode of the capacitor CD2. Transistors QN12 and QN13 are connected in series between supply voltage Vin and ground. The gate of the transistor QP6 is connected to a connection point between the transistors QN12 and QN13, and is further connected to the supply voltage side electrode of the capacitor CD1 through the capacitor C6. The back gate of the transistor QP6 is connected to the source of the transistor QP6 and the supply voltage side electrode of the capacitor CD1.

NORゲートNOR4は、インバータINV4を介してモード信号MODE1と、クロック信号CSINとを入力し、これらの信号の否定論理和をトランジスタQN13のゲートに出力する。トランジスタQN12のゲートは、クロック入力部CLKINに接続されている。   The NOR gate NOR4 receives the mode signal MODE1 and the clock signal CSIN via the inverter INV4, and outputs a negative logical sum of these signals to the gate of the transistor QN13. The gate of the transistor QN12 is connected to the clock input section CLKIN.

次に、スイッチング素子SW4の動作について説明する。モード信号MODE1がハイ(アクティブ状態)であり、かつ、クロック信号CSINがロウであるとき、トランジスタQN12およびQN13はそれぞれオフおよびオンになる。よって、トランジスタQP6のゲートは接地電位となるので、トランジスタQP6はオンになる。   Next, the operation of the switching element SW4 will be described. When the mode signal MODE1 is high (active state) and the clock signal CSIN is low, the transistors QN12 and QN13 are turned off and on, respectively. Thus, since the gate of the transistor QP6 is at the ground potential, the transistor QP6 is turned on.

モード信号MODE1がハイ(アクティブ状態)であり、かつ、クロック信号CSINがハイであるとき、トランジスタQN12およびQN13はそれぞれオンおよびオフになる。よって、トランジスタQP6のゲート電位はVin1に充電される。尚、トランジスタQN12の閾値による電圧降下はないものとした。このとき、トランジスタQP6のソースもVin1に充電されているため、トランジスタQP6はオフする。尚、トランジスタQND1の閾値による電圧降下はないものとした。これにより、クロック信号CSINがロウのときにスイッチング素子SW1は昇圧段BS1とBS2とを導通し、クロック信号CSINがハイのときはスイッチング素子SW1は昇圧段BS1とBS2とを非導通とする。   When the mode signal MODE1 is high (active state) and the clock signal CSIN is high, the transistors QN12 and QN13 are turned on and off, respectively. Therefore, the gate potential of the transistor QP6 is charged to Vin1. It is assumed that there is no voltage drop due to the threshold value of the transistor QN12. At this time, since the source of the transistor QP6 is also charged to Vin1, the transistor QP6 is turned off. Note that there is no voltage drop due to the threshold value of the transistor QND1. Thereby, when the clock signal CSIN is low, the switching element SW1 conducts the boosting stages BS1 and BS2, and when the clock signal CSIN is high, the switching element SW1 conducts the boosting stages BS1 and BS2.

モード信号MODE1がロウ (非アクティブ状態)のときは、トランジスタQN13は常にオフである。トランジスタQN12は、クロック信号CSINがハイのときにオンになる。これにより、トランジスタQP6のゲート電位がVin1に充電される。このとき、トランジスタQND1により、トランジスタQP6のソースはVin1に充電されている。即ち、トランジスタQP6のソースとゲートの電位は同じになる。クロック信号CSINがロウであるとき、トランジスタQP6のソースの電位が高くなるが、キャパシタC6により、トランジスタQP6のゲートの電位はソースの電位と同程度に保たれ、トランジスタQP6はオフのままとなる。   When the mode signal MODE1 is low (inactive state), the transistor QN13 is always off. The transistor QN12 is turned on when the clock signal CSIN is high. As a result, the gate potential of the transistor QP6 is charged to Vin1. At this time, the source of the transistor QP6 is charged to Vin1 by the transistor QND1. That is, the source and gate potentials of the transistor QP6 are the same. When the clock signal CSIN is low, the source potential of the transistor QP6 becomes high, but the capacitor C6 keeps the gate potential of the transistor QP6 at the same level as the source potential, and the transistor QP6 remains off.

スイッチング素子SW5は、PMOSトランジスタQP7、キャパシタC7、NMOSトランジスタQN14およびQN15、インバータINV5、NORゲートNOR5を備えている。トランジスタQP7のソースとドレインは、それぞれ、キャパシタCD1およびCD2の供給電圧側の電極に接続されている。トランジスタQN14およびQN15は、供給電圧Vinとグランドとの間に直列に接続されている。トランジスタQP7のゲートは、トランジスタQN14およびQN15の間の接続点に接続され、さらに、キャパシタC7を介してキャパシタCD1の供給電圧側の電極に接続されている。トランジスタQP7のバックゲートは、トランジスタQP7のソースおよびキャパシタCD1の供給電圧側の電極に接続されている。   The switching element SW5 includes a PMOS transistor QP7, a capacitor C7, NMOS transistors QN14 and QN15, an inverter INV5, and a NOR gate NOR5. The source and drain of the transistor QP7 are connected to the supply voltage side electrodes of the capacitors CD1 and CD2, respectively. Transistors QN14 and QN15 are connected in series between supply voltage Vin and ground. The gate of the transistor QP7 is connected to the connection point between the transistors QN14 and QN15, and is further connected to the supply voltage side electrode of the capacitor CD1 via the capacitor C7. The back gate of the transistor QP7 is connected to the source of the transistor QP7 and the supply voltage side electrode of the capacitor CD1.

NORゲートNOR5は、インバータINV4を介してクロック信号CSINと、モード信号MODE2とを入力し、これらの信号の否定論理和をトランジスタQN14のゲートに出力する。トランジスタQN15のゲートは、モード信号MODE2を入力する。   The NOR gate NOR5 receives the clock signal CSIN and the mode signal MODE2 via the inverter INV4, and outputs a negative logical sum of these signals to the gate of the transistor QN14. The mode signal MODE2 is input to the gate of the transistor QN15.

次に、スイッチング素子SW5の動作について説明する。モード信号MODE2がハイ(アクティブ状態)のとき、トランジスタQN14は常にオフであり、トランジスタQN15は常にオンである。よって、トランジスタQP7のゲートの電位は接地電位となり、スイッチング素子SW5は常に導通状態となる。   Next, the operation of the switching element SW5 will be described. When the mode signal MODE2 is high (active state), the transistor QN14 is always off and the transistor QN15 is always on. Therefore, the gate potential of the transistor QP7 becomes the ground potential, and the switching element SW5 is always in a conductive state.

モード信号MODE2がロウ(非アクティブ状態)のときは、トランジスタQN15は常にオフである。クロック信号CSINがハイのときトランジスタQN14はオンになる。よって、トランジスタQP7のゲート電位はVin1に充電される。但し、トランジスタQN14の閾値による電圧降下はないものとする。このとき、トランジスタQND1により、トランジスタQP7のソースもVin1に充電されているため、トランジスタQP7のソースとゲートの電位は同じになる。クロック信号CSINがロウであるとき、トランジスタQP7のソースの電位が高くなるが、キャパシタC7により、トランジスタQP7のゲートの電位はソースの電位と同程度に保たれ、トランジスタQP7はオフのままとなる。   When the mode signal MODE2 is low (inactive state), the transistor QN15 is always off. Transistor QN14 is turned on when clock signal CSIN is high. Therefore, the gate potential of the transistor QP7 is charged to Vin1. However, it is assumed that there is no voltage drop due to the threshold value of the transistor QN14. At this time, since the source of the transistor QP7 is also charged to Vin1 by the transistor QND1, the potential of the source and gate of the transistor QP7 is the same. When the clock signal CSIN is low, the source potential of the transistor QP7 is increased, but the capacitor C7 keeps the gate potential of the transistor QP7 at the same level as the source potential, and the transistor QP7 remains off.

本実施形態によれば、クロック信号CSOUTの振幅は、モード信号MODE1がハイのときに昇圧段BS1およびBS2は直列に接続され、Vin1+Vin2+Vin3程度となる。モード信号MODE2がハイのときは、昇圧段BS2は昇圧動作しないので、クロック信号CSOUTの振幅はVin1+Vin3となる。   According to the present embodiment, the amplitude of the clock signal CSOUT is about Vin1 + Vin2 + Vin3 when the boosting stages BS1 and BS2 are connected in series when the mode signal MODE1 is high. When the mode signal MODE2 is high, the boosting stage BS2 does not perform a boosting operation, so the amplitude of the clock signal CSOUT is Vin1 + Vin3.

このように本実施形態は、モードの変更に基づいて、電位変換回路VE内の昇圧段数を減らすことができる。従って、本実施形態は、第1の実施形態と同様の効果を有する。   As described above, according to the present embodiment, the number of boosting stages in the potential conversion circuit VE can be reduced based on the mode change. Therefore, this embodiment has the same effect as the first embodiment.

供給電圧Vin1〜Vin3は、クロック出力部CLKOUTの電圧制御を容易にするために総て等しくてよい。一方、供給電圧Vin〜Vinは、いずれかを異なる電圧とし、他を等しくしてもよい。 The supply voltages Vin1 to Vin3 may be all equal to facilitate voltage control of the clock output unit CLKOUT. On the other hand, one of the supply voltages Vin 1 to Vin 3 may be a different voltage and the other may be equal.

本実施形態において、昇圧段BS1、BS2を構成するキャパシタの絶縁層には、低耐圧トランジスタのゲート絶縁膜を用いることができる。よって、これらのキャパシタの面積は小さく、回路面積が小さくなる。   In the present embodiment, a gate insulating film of a low breakdown voltage transistor can be used for the insulating layer of the capacitor constituting the boosting stages BS1 and BS2. Therefore, the area of these capacitors is small and the circuit area is small.

本実施形態において、昇圧段数はBS1〜BS2の2段であった。しかし、昇圧段数は、3段以上であってもよい。但し、実際には、寄生容量を増加させ、電圧損失を増大させないために、昇圧段は4段以下であることが好ましい。   In this embodiment, the number of boosting stages is two stages BS1 to BS2. However, the number of boosting stages may be three or more. However, in actuality, in order to increase the parasitic capacitance and not increase the voltage loss, the boosting stage is preferably four or less.

キャパシタCD1およびCD2の容量値は等しくてよい。しかし、キャパシタCD1の容量をキャパシタCD2の容量の容量よりも大きくしてもよい。これにより、キャパシタCD1およびCD2を直列に接続するモード1において、クロック信号CSOUTの振幅がトランジスタQND1、QND2、QNE2、QP6,QP7,QN12〜QN15、キャパシタCD1、CD2、C6、C7およびそれらを接続する配線の寄生容量によって理想的な値から小さくなってしまうことを防止することができる。   The capacitance values of the capacitors CD1 and CD2 may be equal. However, the capacitance of the capacitor CD1 may be larger than the capacitance of the capacitor CD2. Thus, in mode 1 in which capacitors CD1 and CD2 are connected in series, the amplitude of clock signal CSOUT connects transistors QND1, QND2, QNE2, QP6, QP7, QN12 to QN15, capacitors CD1, CD2, C6, and C7. It is possible to prevent a decrease from an ideal value due to the parasitic capacitance of the wiring.

本発明に係る第1の実施形態に従った半導体装置に内蔵されている昇圧回路100の回路図。1 is a circuit diagram of a booster circuit 100 built in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 電圧変換回路VA〜VAのいずれか1つ(以下、電圧変換回路VAという)の構成を示す回路図。Any one of the voltage conversion circuit VA 1 to VA m (hereinafter, referred to as voltage conversion circuits VA) circuit diagram showing the configuration of a. モード1におけるクロック信号CSIN、クロック信号CLK1およびクロック信号CLK2のタイミングチャート。4 is a timing chart of a clock signal CS IN , a clock signal CLK1, and a clock signal CLK2 in mode 1. モード2におけるクロック信号CSIN、クロック信号CLK1およびクロック信号CLK2のタイミングチャート。4 is a timing chart of a clock signal CS IN , a clock signal CLK1, and a clock signal CLK2 in mode 2. 本発明に係る第2の実施形態に従った半導体装置に内蔵されている昇圧回路200の回路図。The circuit diagram of the voltage booster circuit 200 incorporated in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 電圧変換回路VCの構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the voltage conversion circuit VC. 電圧変換回路VCのモード1における動作を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the operation | movement in the mode 1 of the voltage converter circuit VC. 電圧変換回路VCのモード2における動作を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the operation | movement in mode 2 of the voltage converter circuit VC. 電圧変換回路VCのモード3における動作を示す等価回路図。The equivalent circuit diagram which shows the operation | movement in the mode 3 of the voltage converter circuit VC. スイッチング素子SW1の一実施形態。One embodiment of switching element SW1. スイッチング素子SW2の一実施形態。One embodiment of switching element SW2. スイッチング素子SW3の一実施形態。One embodiment of switching element SW3. 本発明に係る第3の実施形態に従った昇圧回路内の電圧変換回路VDの回路図。The circuit diagram of voltage conversion circuit VD in the booster circuit according to the third embodiment of the present invention. 本発明に係る第4の実施形態に従った昇圧回路内の電圧変換回路VEの回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a voltage conversion circuit VE in a booster circuit according to a fourth embodiment of the present invention. 従来の半導体装置に内蔵されている昇圧回路10の回路図。FIG. 3 is a circuit diagram of a booster circuit 10 built in a conventional semiconductor device. 電圧変換回路VBの構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the voltage conversion circuit VB. クロック信号ΦまたはΦバーのタイミングチャート。Timing chart of clock signal Φ or Φ bar.

符号の説明Explanation of symbols

100 昇圧回路
110 昇圧部
120 電圧変換回路部
n型トランジスタ QNA〜QNA
キャパシタ CA〜CAm−1
電圧変換回路 VA〜VA
MODE モード入力部
Φ、Φバー クロック信号
BS1〜BS4 昇圧段
QND1〜QND4、QNE1〜QNE4 n型トランジスタ
QPB1〜QPB5 p型トランジスタ
CD1〜CD4 キャパシタ
Vin1〜Vin5 供給電圧
100 step-up circuit 110 boosting unit 120 voltage converting circuit section n-type transistors QNA 1 ~QNA m
Capacitors CA 1 to CA m-1
Voltage conversion circuit VA 1 to VA m
MODE mode input section
Φ, Φ bar Clock signals BS1 to BS4 Boosting stages QND1 to QND4, QNE1 to QNE4 n-type transistors QPB1 to QPB5 p-type transistors CD1 to CD4 Capacitors Vin1 to Vin5 Supply voltage

Claims (6)

出力部から直列接続された複数の第1のスイッチング素子と、隣り合う前記第1のスイッチング素子間に一端が接続された複数の第1のキャパシタとを含み、前記第1のキャパシタの他端からクロック信号を入力して、昇圧された電圧を出力部から出力する昇圧回路部および、
一端が第2のスイッチング素子を介して第1の電圧源に接続され、他端が第3のスイッチング素子を介して基準電圧に接続され、前記第1の電圧源と前記基準電圧との電圧差に基づいて充電される第2のキャパシタをそれぞれ有する複数の昇圧段と、少なくとも隣り合う前記昇圧段の間に設けられ、第2の電圧源と前記第1のキャパシタの他端との間に直列に接続される前記第2のキャパシタ数を前記第1および第2の電圧源の電圧に基づいて制御する複数の第4のスイッチング素子とを含み、隣り合う前記第1のキャパシタの他端へ互いに逆相のクロック信号を出力する電圧変換回路部を備え
前記第4のスイッチング素子は、隣り合う前記昇圧段のうち前記クロック電圧源側にある昇圧段の第2のキャパシタの前記一端と、前記出力部側にある昇圧段の第2のキャパシタの前記他端との間を接続し、
2つの前記昇圧段における前記第2のキャパシタの前記一端と前記他端との間に接続された第5のスイッチング素子、2つの前記昇圧段における前記第2のキャパシタのそれぞれの前記一端の間を接続する第6のスイッチング素子、および、2つの前記昇圧段における前記第2のキャパシタのそれぞれの前記他端の間を接続する第7のスイッチング素子のうち少なくとも1つのスイッチング素子をさらに備えたことを特徴とする半導体装置。
A plurality of first switching elements connected in series from the output section; and a plurality of first capacitors connected at one end between the adjacent first switching elements, from the other end of the first capacitor A booster circuit unit that inputs a clock signal and outputs a boosted voltage from an output unit; and
One end is connected to the first voltage source via the second switching element, the other end is connected to the reference voltage via the third switching element, and the voltage difference between the first voltage source and the reference voltage And a plurality of boosting stages each having a second capacitor to be charged based on the power supply, and at least between the adjacent boosting stages, and in series between a second voltage source and the other end of the first capacitor. A plurality of fourth switching elements that control the number of the second capacitors connected to the first and second voltage sources based on the voltages of the first and second voltage sources, and to the other ends of the adjacent first capacitors. A voltage conversion circuit unit that outputs a reverse phase clock signal is provided ,
The fourth switching element includes the one end of the second capacitor of the boosting stage on the clock voltage source side among the adjacent boosting stages, and the other of the second capacitor of the boosting stage on the output side. Connect between the ends,
A fifth switching element connected between the one end and the other end of the second capacitor in the two boosting stages, and between the one end of each of the second capacitors in the two boosting stages. It further comprises at least one switching element among a sixth switching element to be connected and a seventh switching element for connecting between the other ends of the second capacitors in the two boosting stages. A featured semiconductor device.
一部の前記昇圧段における前記第2および第3のスイッチング素子の各ゲート、並びに、該一部の昇圧段の間の前記第4のスイッチング素子の各ゲートに第1のクロック信号を供給し、他の前記昇圧段における前記第2および第3のスイッチング素子の各ゲート、並びに、該他の昇圧段の間の前記第4のスイッチング素子のゲートに第2のクロック信号を供給するクロック供給回路をさらに備え、
前記第1および第2の電圧源の電圧に基づいて前記第1のクロック信号および前記第2のクロック信号の振幅を変更するとともに、前記第1のクロック信号および前記第2のクロック信号のいずれか一方のクロック動作を停止することによって、前記第2の電圧源と前記第1のキャパシタの他端との間に直列に接続される前記第2のキャパシタ数を制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Supplying a first clock signal to each gate of the second and third switching elements in a part of the boosting stages and to each gate of the fourth switching element between the part of the boosting stages; A clock supply circuit for supplying a second clock signal to the gates of the second and third switching elements in the other boosting stages, and to the gate of the fourth switching element between the other boosting stages; In addition,
Amplitudes of the first clock signal and the second clock signal are changed based on voltages of the first and second voltage sources, and one of the first clock signal and the second clock signal is changed. The number of the second capacitors connected in series between the second voltage source and the other end of the first capacitor is controlled by stopping one clock operation. 2. The semiconductor device according to 1.
前記第5のスイッチング素子、前記第6のスイッチング素子、および前記第7のスイッチング素子を制御することにより、一部の前記昇圧段における前記第2のキャパシタを、前記第2の電圧源と前記第1のキャパシタの他端との間に直列に接続される前記第2のキャパシタから切り離すことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。By controlling the fifth switching element, the sixth switching element, and the seventh switching element, the second capacitor in a part of the boosting stages can be connected to the second voltage source and the second switching element. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is separated from the second capacitor connected in series between the other end of the first capacitor. 前記第5のスイッチング素子、前記第6のスイッチング素子、および前記第7のスイッチング素子を制御することにより、複数の前記昇圧段における前記第2のキャパシタを並列に接続することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The second capacitor in the plurality of boosting stages is connected in parallel by controlling the fifth switching element, the sixth switching element, and the seventh switching element. 2. The semiconductor device according to 1. 前記第2のキャパシタは、前記第2から第4のスイッチング素子のいずれかを構成するゲート電極、ゲート絶縁膜およびチャネル領域またはウェル拡散層から成るMOSキャパシタであり、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は10nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The second capacitor is a MOS capacitor including a gate electrode, a gate insulating film, and a channel region or a well diffusion layer constituting any of the second to fourth switching elements,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film has a thickness of 10 nm or less.
不揮発性記憶装置をさらに備え、
前記昇圧回路部は、昇圧された電圧を前記出力部から前記不揮発性記憶装置へ出力することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A non-volatile storage device;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the booster circuit unit outputs the boosted voltage from the output unit to the nonvolatile memory device.
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