JP4445395B2 - Booster circuit - Google Patents

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Description

本発明は、動作電圧より高い電圧または負電圧を発生させる半導体チャージポンプ回路及びこれを用いた半導体集積回路に関する。  The present invention relates to a semiconductor charge pump circuit that generates a voltage higher than an operating voltage or a negative voltage, and a semiconductor integrated circuit using the same.

Flash,EEPROMの不揮発性メモリの消去、Write時には、トンネル効果又はホットエレクトロン、ホットホールを使用する為、12V程度の高電圧が必要となる。高電圧を発生させる従来のチャージポンプ方式の昇圧回路は、文献IEEE JOURNAL OF SOLID−STATE CIRCUITS,VOL.32,NO.8,AUGUST 1997″A Dynamic Analysis of the Dicson Charge Pump″で紹介、解析されているような電荷を移動させるMOSトランジスタ(以降、「トランスファーMOS」)をダイオード接続したDicson型チャージポンプが一般的に知られており、回路構成も非常に簡単な為、よく使用されている。図1、図2にDicson型チャージポンプの構成図を示した。図1は上記IEEE文献の中でも記載されている概念ブロック図であり、図2は図1のバッファをn型MOSに置き換えた例である。図2では、n型MOSのドレインとゲートを短絡し、ドレイン及びソースに接続された容量のもう一方側にCLKを印加する。CLKとCLKnは、図3のように相補の関係にある。CLKnが″High″でCLKが″Low″の時、1段、3段の奇数段のドレイン電位がソース電位より高い為、奇数段のn型MOSにドレイン電流が流れC1,C3の奇数容量に電荷がチャージされる。逆にCLKが″High″でCLKnが″Low″の時、2段、4段の偶数段のドレイン電位がソース電位より高くなり、偶数段のn型MOSにドレイン電流が流れ、奇数容量C1,C3から偶数容量C2,C4電荷が移動する。
このDicson型チャージポンプを構成しているn型MOSトランジスタのしきい値電圧をVtとすると、出力電圧Voutは、

Figure 0004445395
と表すことができる。しかし、出力側に近づくにつれnMOSトランジスタのドレイン、ソース電圧が昇圧されソース基板間電圧Vsbの上昇により、基板効果によるNMOSトランジスタのしきい値電圧Vtが式(2)で示されるように上昇する。
Figure 0004445395
さらに式(2)からVt=Vccとなる時のVsbが昇圧電圧の最大電圧と言えるので、
Figure 0004445395
式(3)により昇圧最大電圧Vout_maxを算出できる。図4に電源電圧Vccと昇圧電圧Voutの算出値を示した。図4からわかるようにDicson型チャージポンプでは、電源電圧Vccに依存して昇圧電圧Vout_maxが決まっていることがわかる。
Dicson型チャージポンプの改良版も検討されている。特開平11−308856「チャージポンプ回路装置」では、n型MOSを複数のグループに分離して基板電位を除々に高くすることにより基板効果によるn型MOS Vtの上昇を抑えている。
上記従来技術であるDicson型チャージポンプは、昇圧されるにつれn型MOSのソース基板間電圧Vsbが上昇することで、基板効果の影響によりn型MOSのしきい値電圧Vtが上がり、昇圧電圧の最大値が決まってしまう。結果として、3V以下の低電源電圧においては、不揮発性メモリの消去、Writeに必要な12V程度の高電圧を生成することができない。
また、特開平11−308856「チャージポンプ回路装置」にあるようなn型MOSを複数のグループに分離して基板電位を除々に高くすることにより基板効果の影響を抑えるようにしたとしても、複数のグループの中でVsb=0Vとならないn型MOSがあり、全てのn型MOSの基板効果を無くすことはできない。
また、特開2003−45193「半導体チャージポンプ回路および不揮発性半導体記憶装置」では、前々段のチャージ電圧をn型MOSの基板電位とする方式で、各段毎に異なる電圧値がn型MOSの基板電位に設定されるが、Vsbは少なくとも1段分の電圧増幅値Vga(=Vcc−Vt)となり、基板効果は発生することとなる。
本発明は、基板効果の影響を無くしたチャージポンプ回路を提供すると共に、効率がいい回路構成及びプラス又はマイナスの高圧電圧を発生することができるチャージポンプ回路を提供することを目的とする。At the time of erasing and writing of the nonvolatile memory of Flash and EEPROM, a high voltage of about 12 V is required because the tunnel effect or hot electrons and hot holes are used. A conventional charge pump type booster circuit for generating a high voltage is disclosed in the document IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 32, NO. 8, AUGUST 1997 “A Dynamic Analysis of the Dicson Charge Pump”, generally known as a Dicson charge pump with a diode-connected MOS transistor (hereinafter referred to as “transfer MOS”) that moves charge as analyzed. Since the circuit configuration is very simple, it is often used. FIG. 1 and FIG. 2 show a configuration diagram of a Dicson type charge pump. FIG. 1 is a conceptual block diagram described in the IEEE document, and FIG. 2 is an example in which the buffer of FIG. 1 is replaced with an n-type MOS. In FIG. 2, the drain and gate of the n-type MOS are short-circuited, and CLK is applied to the other side of the capacitor connected to the drain and source. CLK and CLKn have a complementary relationship as shown in FIG. When CLKn is “High” and CLK is “Low”, the drain potential of the first and third odd-numbered stages is higher than the source potential, so that the drain current flows through the odd-numbered n-type MOS and the odd capacity of C1 and C3. Charge is charged. On the other hand, when CLK is “High” and CLKn is “Low”, the drain potentials of the second and fourth even stages are higher than the source potential, the drain current flows through the n-type MOS of the even stages, and the odd capacitors C1, Even capacity C2, C4 charges move from C3.
When the threshold voltage of the n-type MOS transistor constituting this Dicson type charge pump is Vt, the output voltage Vout is
Figure 0004445395
It can be expressed as. However, as the voltage approaches the output side, the drain and source voltages of the nMOS transistor are boosted and the source-substrate voltage Vsb rises, so that the threshold voltage Vt of the NMOS transistor due to the substrate effect rises as shown in equation (2).
Figure 0004445395
Furthermore, since Vsb when Vt = Vcc is the maximum voltage of the boost voltage from Equation (2),
Figure 0004445395
The boosted maximum voltage Vout_max can be calculated from the equation (3). FIG. 4 shows calculated values of the power supply voltage Vcc and the boosted voltage Vout. As can be seen from FIG. 4, in the Dicson type charge pump, the boost voltage Vout_max is determined depending on the power supply voltage Vcc.
An improved version of the Dicson charge pump is also being considered. In Japanese Patent Laid-Open No. 11-308856 “Charge Pump Circuit Device”, the n-type MOS is divided into a plurality of groups and the substrate potential is gradually increased to suppress the rise of the n-type MOS Vt due to the substrate effect.
In the conventional Dicson type charge pump, the source-substrate voltage Vsb of the n-type MOS increases as the voltage is boosted, so that the threshold voltage Vt of the n-type MOS increases due to the effect of the substrate, and the boost voltage The maximum value is determined. As a result, at a low power supply voltage of 3 V or less, a high voltage of about 12 V necessary for erasing and writing of the nonvolatile memory cannot be generated.
Even if an n-type MOS as in JP-A-11-308856 “Charge Pump Circuit Device” is divided into a plurality of groups to gradually increase the substrate potential, the influence of the substrate effect is suppressed. In this group, there is an n-type MOS that does not satisfy Vsb = 0V, and the substrate effect of all n-type MOSs cannot be eliminated.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-45193 “Semiconductor Charge Pump Circuit and Nonvolatile Semiconductor Memory Device” uses a method in which the charge voltage of the previous stage is set to the substrate potential of the n-type MOS, and the voltage value that differs for each stage is n-type MOS However, Vsb becomes a voltage amplification value Vga (= Vcc−Vt) for at least one stage, and the substrate effect occurs.
It is an object of the present invention to provide a charge pump circuit that eliminates the influence of the substrate effect, and to provide a charge pump circuit that can generate an efficient circuit configuration and a positive or negative high voltage.

上記課題を解決する為に、電荷を転送するn型MOSの基板を制御するMOSを追加することにより、n型MOSであれば、常にドレイン又はソース電位のどちらか低い電位に基板電位を設定することでVsb=0Vにし、基板効果影響を無くしたものである。
Vsb=0Vになった場合、式(2)の第2項を0にすることができるが、第1項のVt0が残ってしまう。このn型MOSのVt0を0Vにする為に、n型MOSのゲートに(電源電圧+Vt0)以上の電圧を容量Cgを通して印加すると同時に、そのn型MOSに設定されるゲート電圧で次段のn型MOSゲート電位を制御するようにしチャージトランスファー効率を高めたものである。
In order to solve the above problem, by adding a MOS for controlling the substrate of the n-type MOS that transfers charges, the substrate potential is always set to the lower potential of the drain or source potential in the case of the n-type MOS. Thus, Vsb = 0V and the effect of the substrate effect is eliminated.
When Vsb = 0V, the second term of Equation (2) can be set to 0, but Vt0 of the first term remains. In order to set Vt0 of this n-type MOS to 0V, a voltage equal to or higher than (power supply voltage + Vt0) is applied to the gate of the n-type MOS through the capacitor Cg. The charge transfer efficiency is improved by controlling the type MOS gate potential.

図1 従来のDicson型チャージポンプ構成図。
図2 従来のDicson型チャージポンプ回路図。
図3 クロック波形を表す図。
図4 Dicson型チャージポンプ昇圧電圧計算値を示すグラフ。
図5 本発明の第1の実施例であるチャージポンプ回路の全体回路図。
図6 本発明の第1の実施例であるチャージポンプ回路の部分回路図。
図7 本発明の第1の実施例であるチャージポンプ回路のCLK X1期間における回路説明図
図8 本発明の第1の実施例であるチャージポンプ回路のCLK X2期間における回路説明図
図9 本発明の第1の実施例であるチャージポンプ回路のタイミング図
図10 本発明の第1の実施例であるチャージポンプ回路シミュレーション回路図。
図11 本発明のチャージポンプ回路シミュレーション結果を表すグラフ。
図12 2倍圧CLK発生回路
図13 本発明の第2の実施例であるマイナス高圧電圧発生チャージポンプ回路図。
図14 本発明の第2の実施例であるチャージポンプ回路のCLK X1期間における回路説明図
図15 本発明の第2の実施例であるチャージポンプ回路のCLK X2期間における回路説明図
図16 本発明の第3の実施例を表すプラス高圧電圧発生チャージポンプ回路図。
図17 本発明の第4の実施例を表すマイナス高圧電圧発生チャージポンプ回路図。
図18 本発明の第5の実施例を表すプラスマイナス高圧電圧発生チャージポンプ回路図。
図19 本発明の第6の実施例を表す高圧電圧発生チャージポンプ回路構成図。
図20 本発明の第7の実施例を表す直列型チャージポンプ回路。
図21 本発明のチャージポンプ回路を搭載したICカードのハードウェア構成。
FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional Dicson type charge pump.
2 is a circuit diagram of a conventional Dicson type charge pump.
FIG. 3 is a diagram showing a clock waveform.
FIG. 4 is a graph showing calculated Dicson charge pump boost voltage.
FIG. 5 is an overall circuit diagram of a charge pump circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial circuit diagram of the charge pump circuit according to the first embodiment of the present invention.
7 is a circuit explanatory diagram of the charge pump circuit according to the first embodiment of the present invention in the CLK X1 period. FIG. 8 is a circuit explanatory diagram of the charge pump circuit of the first embodiment of the present invention during the CLK X2 period. FIG. 10 is a timing diagram of a charge pump circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 10 is a circuit diagram of a charge pump circuit simulation according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a charge pump circuit simulation result of the present invention.
FIG. 12 is a double voltage CLK generation circuit. FIG. 13 is a minus high voltage generation charge pump circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.
14 is a circuit explanatory diagram of the charge pump circuit according to the second embodiment of the present invention in the CLK X1 period. FIG. 15 is a circuit explanatory diagram of the charge pump circuit of the second embodiment of the present invention during the CLK X2 period. The plus high voltage generation charge pump circuit diagram showing the 3rd example of.
FIG. 17 is a minus high voltage generation charge pump circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a plus / minus high voltage generation charge pump circuit diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a configuration diagram of a high voltage generation charge pump circuit representing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 20 shows a series charge pump circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a hardware configuration of an IC card equipped with the charge pump circuit of the present invention.

以下、本願発明の実施例を図面に従って、説明する。本願発明の回路素子に、制限されないが周知のSi半導体集積回路によって実現される。本願の図面中でバックゲートが内向きの矢印を持つものはn型MOSFETを表す。また、バックゲートが外側の矢印を持ちゲートに丸印をつけたものはp型MOSFETを表す。
本願明細書ではMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を省略してMOSと呼ぶこととする。尚、本願発明は一般にはMISFETに適用できる。
今回発明したチャージポンプ回路の第1の実施例の形態であるプラス高電圧を発生する全体回路を図5に、チャージポンプ段の一部抜き出したものを図6に示す。本願のチャージポンプ回路は、4個のn型MOSと2個の容量を含む基本ポンプセルを直列に多段接続したものである。基本ポンプセルは、電荷を次段に転送するトランスファーMOS(TMOS)と、TMOSの基板(ウェルとも言う)をトランスファーMOSのドレイン又はソースに接続する接続回路の役割を果たす基板制御MOSと、トランスファーMOSのゲート電位をドレインに接続する接続回路の役割を果たすゲート電圧設定MOSと、TMOSから転送される電荷をチャージするチャージ容量(C)と2VCLK又は2VCLKnの電位をTMOSのゲートに伝えるトランスファーゲート容量(Cg)から構成される。また、TMOSのゲートが次段のゲート電圧設定MOSのゲートに接続される。但し、1段目ゲート電圧設定MOSのゲートは、TMOSとチャージ容量の接続点に接続される。これら、トランスファーMOS、基板制御MOS及びゲート電圧設定MOSは、全てnMOSを使用した。
2相のクロック信号CLK、CLKnは動作電圧Vccを振幅とする。クロック信号CLK、CLKnとの出力タイミングは、クロック信号CLKが動作電圧Vccのときは、CLKnは0Vであり、クロック信号CLKが0Vのときは、CLKnは動作電圧Vccであり、互いに逆相関係のクロック信号となっている。
また、2相のクロック信号2VCLK、2VCLKnは動作電圧の2倍である2Vccを振幅とする。CLK、CLKnと同様に、2VCLK、2VCLKnは互いに逆相の関係のクロック信号となっている。
以下図7、8を参照しながら動作説明する。
図7のCLK X1期間においては、CLK=0V、2VCLKn=2VccとなるのでトランスファーMOSであるゲートn3電位は、2Vcc以上となりT1はONし、Vccからチャージ容量C1に電荷が供給され最終的にn1電位はVccになる。。よって、チャージ容量C1にチャージされる間n1電位はVcc以下となるので、nMOSゲートがn1電位に接続され、ソース又はドレインがVcc以上になるt2、t3はOFFする。また、nMOSゲートがVccに接続されており、ドレイン又はソース電位となるn1電位がVcc以下のt1はONし、トランスファーMOSであるT1の基板電位n2はn1電位となり、TMOSのドレイン又はソースの低い電位と接続されることになる。ここで、トランスファーnMOSのVt0は通常Vcc未満であり、トランスファーnMOSのゲート電位であるn3が2Vcc以上となることによりVt0のロスなくn1電位はVccまで上昇することとなる。
2段目においては、CLKn=Vcc、2VCLK=0Vとなるのでチャージ容量C2にチャージされている電荷をQ2とするとn4電位は(Q2/C2)+Vccとなる。ここで、1段目からのC1のチャージ電荷が全て、転送されていたとすると、Vcc+(Q1/C1)=(Q2/C2)=2Vccと言えるので、n4電位は3Vccとなり、n4電位>n1電位になるのでnMOSゲートがn4電位に接続されているt5がONし、nMOSゲートがn1電位に接続されているt4はOFFする。t5がONすることでトランスファーnMOS T2の基板電位n5はn1電位となる。また、nMOSゲートがn3電位に接続されているt6はONし、T2ゲート電位であるn6電位は、n5電位となりT2はOFFする。
3段目以降の奇数(2N−1)段目(Nは、1以上)は、1段目と同じくTMOSはONし、チャージ容量C(2N−1)とTMOSの接続点は、Vcc×(2N−1)となる。また、偶数2N段目は、TMOSはOFFし、チャージ容量C(2N)とTMOSの接続点は、Vcc+Vcc×2Nとなる。
図8のCLK X2期間においては、CLK=Vcc、2VCLKn=0Vとなるのでn1電位はX1期間でチャージ容量C1にチャージされ上昇した電位Vcc+Vcc=2Vccとなる。これにより、n1電位にnMOSゲートが接続されたt2、t3はONし、トランスファーnMOSのゲート電位n3及び基板電位n2はVccとなり、T1はOFFする。
2段目においては、CLKn=0V、2VCLK=2Vccでn4電位は2Vcc以下となるのでn1電位≧n4電位となりn1電位がnMOSゲートに接続されたt4がONし、n4電位がnMOSゲートに接続されたt5がOFFする。これにより、トランスファーMOS T2の基板電位n5はn4電位となる。また、Vccとなっているn3電位がnMOSゲートに接続されたt6はOFFとなり、n6電位はX1期間でVccとなった電位に、2VCLK=2Vccがたされ3VccとなりT2がONする。これにより、チャージ容量C1からC2に電荷が移動し、n4電位は最終的に2Vccとなる。
3段目以降の奇数(2N−1)段目(Nは、1以上)は、1段目と同じくTMOSはOFFし、チャージ容量C(2N−1)とTMOSの接続点は、Vcc+Vcc×(2N−1)となる。また、偶数2N段目は、TMOSはONし、チャージ容量C(2N)とTMOSの接続点は、Vcc×2Nとなる。
図9にCLK X1及びX2期間における回路内の電圧状態を示した。ここで、N段目のTMOSゲート電圧設定MOSのゲートは、(N−1)段目のTMOSゲートと接続しているが、1段目のTMOSゲート電圧設定MOSのゲートはチャージポンプ容量C1が接続されているn1電位と接続し制御した。
このチャージポンプは、プラス電圧昇圧の場合、1段当りの電圧増幅度をVgaとすると、このチャージポンプから出力される電圧Voutは、(4)式で表すことができる。

Figure 0004445395
ここで、電圧増幅度Vgaは、最大Vccとなる。Voutに負荷電流ILが流れた場合は、
Figure 0004445395
(5)式で表されたΔVの電圧降下が起きるので、
Figure 0004445395
Vgaは(6)式のようになる。
ここで、負荷電流ILが流れた場合の電位を図7、図8の各接続点で示すと、図7の各接続点は、n1=n2=n5=n6=〜(Vcc−ΔV)、n3=2Vcc、n4=3Vcc−2ΔVとなり、図8の各接続点は、n1=2Vcc−ΔV、n2=n3=Vcc、n4=n5=2Vcc−2ΔV、n6=3Vcc−ΔVとなり、各段のチャージ容量とTMOSとの接続点n1、n4で(段数×ΔV)の電圧低下がある。
図10に、本発明の基板制御型チャージポンプ回路のシミュレーション回路とSpiceシミュレーション結果を図11に示した。チャージポンプ段数13段、チャージポンプ容量70F/段の回路構成において、負荷抵抗(RLOAD)=100MΩ、負荷容量(CLOAD)=100pFの条件で、電源電圧Vcc=1.5Vで約18.5V,電源電圧Vcc=1.3Vで約15.5Vとなり、低電源電圧においても不揮発性メモリの消去、Writeに必要な12V程度以上の高電圧を生成することができる。このSpiceシミュレーション時の、トランスファーNMOSのVt0は、約0.9Vであり、基板効果係数γは約0.8である。
ここで、図10の回路図にも示してある2倍圧CLK発生回路の動作を図12で説明する。2倍圧CLK発生回路は、図5〜図8で示したCLK、CLKnから2VCLK、2VCLKnを発生する回路である。この2倍圧CLK発生回路においてもチャージポンプ方式を使用し、トランスファーMOSとしてpMOSを使用した。CLK=Vccの時、トランスファーpMOSゲートは0Vになり容量Cに電荷がチャージされn2電位はVccになると同時に出力は0Vになる。次にCLK=0Vになると、n2電位が2×Vccになり、トランスファーpMOSゲートはn2電位に設定されトランスファーpMOSはOFFになる。また出力はn2電位が出力され2×Vccとなる。このように2倍圧CLK発生回路は、入力CLKに同期して0Vから2Vccの電圧を発生している。
図5〜12は、プラスの高電圧を発生させるチャージポンプであったが、本願発明の第2の実施例であるマイナスの高電圧を発生させる回路を図13に示した。
回路構成としては、図5とほぼ同一であるが、CLKの位相及びゲート電圧設定MOSの位置が違う。図5のプラス昇圧の場合は、ゲート電圧設定MOSのドレインとソースは、TMOSとチャージ容量Cとの接続点の逆側とTMOSゲートに接続されていたが、図13のマイナス昇圧の場合は、TMOSとチャージ容量Cの接続点とTMOSゲートに接続した。また、図5のプラス昇圧は、CLKと2VCLKn、CLKnと2VCLKがペアになって各ポンプセルを制御していたが、図13のマイナス昇圧は、CLKと2VCLK、CLKnと2VCLKnがペアになって各ポンプセルを制御した。これにより、プラス昇圧の場合は、電荷を次段のチャージ容量に電荷を流すことによりプラス高電圧を得ていたが、マイナスの場合は、電荷の流れる向きがプラスと逆方向にすることにより、前段へ電荷を流しマイナスの高電圧を得るようにしたものである。
また、N段目のTMOSゲート電圧設定MOSのゲートは、(N−1)段目のTMOSゲートと接続しているが、1段目のTMOSゲート電圧設定MOSのゲートは、CLKnと接続し制御した。各段のTMOSゲート電圧設定MOSの基板は、各段のトランスファーMOSの基板電位と接続した。
図14、図15を使用して動作を説明する。図14のCLK X1期間においては、CLK=0V、2VCLK=0Vとなり、1段目のトランスファーMOSのゲートn3電位は、ゲート電圧設定MOSのゲートがCLKn=Vccに接続されているので、ゲート電圧設定MOSはONし、n3電位とn1電位が接続される。動作中においてはn1電位は、−Vcc〜0Vになるので、T1はOFFする。また、T1の基板電位n2は、t2がOFF、t1がONとなり、n2電位とn1電位は接続される。
2段目は、CLKn=Vcc、2VCLKn=2Vccとなり、T2のゲートn6電位は、2VCLKにより約−2Vccから0V程度になる。また、t6のゲート電位であるn3は、約−Vccでt6はOFFするので、T2はONし、n4電位は、n1電位と同じ−Vccまでになる。また、n5電位は、CLKがVccになった直後においてn4電位は、n1電位より約Vcc高いので、t5がONし、n5電位はn1電位と同じになる。
図15のX2期間では、CLK=Vcc、2VCLK=2Vccとなり、n3電位は2VCLKにより−VccからVccとなる。また、t3はCLKn=0VによりOFFするので、T1はONし、n1電位は0Vになる。また、n2電位は、CLKがVccになった直後においてn1電位は、n1電位より約Vcc高いので、t2がONし、n2電位は0Vとなる。
2段目は、CLKn=0V、2VCLKn=0Vとなり、T2のゲートn6電位は、2VCLKにより約0Vから−2Vcc程度になる。また、n4電位は、CLKnにより−Vccから−2Vccとなり、t6のゲート電位n3=Vccなので、t6はONしn6電位とn4電位が接続され、T2はOFFする。また、n5電位はt4がONすることにより、n4電位と同じ−2Vccとなる。
ここで、マイナス電圧昇圧の場合、1段当りの電圧増幅度をVgaとすると、このチャージポンプから出力される電圧Voutは、(7)式で表すことができる。
Figure 0004445395
電圧増幅度Vgaは、最大Vccとなる。
図5〜15は、トランスファーMOS、基板制御MOS及びゲート電圧設定MOSをnMOSで構成したチャージポンプ回路であったが、pMOSで構成した本発明のチャージポンプ回路の第3の実施例を図16に、第4の実施例を図17に示した。
図16は、プラスの昇圧チャージポンプ回路であり、TMOS、基板制御MOS及びゲート電圧設定MOSにpMOSを使用した。また、CLKと2VCLK、CLKnと2VCLKnの同相のクロックがペアになって各ポンプセルを制御することで、前段ポンプセルから当該ポンプセルへと電荷が転送され、後段へいくほどプラス昇圧される。また、nMOSの時と違って、トランスファーMOSの基板は、基板制御MOSにより、トランスファーのドレイン又はソース電位の高い方に設定されることになる。
図17は、マイナスの昇圧チャージポンプ回路である。図16のプラス昇圧の場合と違って、ゲート電圧設定MOSの位置がチャージ容量と反対側に位置しているのと、CLKと2VCLKn、CLKnと2VCLKの逆相のクロックがペアになって各ポンプセルを制御している。これにより、当該ポンプセルから前段ポンプセルに電荷が転送され、後段へいくほどマイナス昇圧される。また、図16のプラス昇圧と同じく、トランスファーMOSの基板は、基板制御MOSにより、トランスファーのドレイン又はソース電位の高い方に設定されることになる。図16、図17からもわかるように回路構成はnMOSの場合と、同じである。図16のpMOSを使用したプラス昇圧回路は、図14、図15のnMOSを使用したマイナス昇圧回路と回路構成は同じであり、図17のpMOSを使用したマイナス昇圧回路は、図5〜図8のnMOSを使用したプラス昇圧回路と回路構成は同じであり、pMOS、nMOSどちらを使用しても同じ回路構成で、プラス及びマイナスの昇圧電圧を得ることができる。
不揮発性メモリの制御において、例えば消去時にはマイナス高電圧、Write時にはプラス高電圧が必要となることがある。この場合、別個にプラス及びマイナスのチャージポンプ回路を作るのはチップ面積が増大し、チップ価格が高くなってしまう。そこで、消去及びWriteは、同時に発生しないことから1個のチャージポンプ回路で、プラス又はマイナスの高電圧を発生させる本発明の第5の実施例であるチャージポンプ回路を図18に提案した。基本回路としては、図5と同じであり、基本動作も図7、8で説明したものと同じであるが、プラス高電圧発生時とマイナス高電圧発生時とで、入出力を逆にすることが選択回路及び選択信号により可能となっていることが特徴である。プラス高電圧発生時は、図5〜図8で説明した内容と同じであり、入力が図18左側でVddとし、出力は図18右側になる。マイナス高電圧発生時は、図18右側が入力0Vとし、図18左側が出力となる。プラス及びマイナス高電圧発生共に、電荷の移動は図18の左から右となるので、マイナスの場合は、電荷は0Vに流れ込み、前段は除々にマイナスになっていき、マイナス高電圧が発生できる。
次に不揮発性メモリの制御においては、例えば12V,6V等の2種類の高電圧が同時に必要となってくることがある。図5で示したチャージポンプ回路から出力される第1の高電圧と、この第1の高電圧を使用して第2の高電圧を発生させる回路構成である本発明の第6の実施例を図19に示す。図19内の基板制御型並列チャージポンプは、図5と同一である。本発明の第7の実施例である図19の直列型チャージポンプを図20に示した。直列型チャージポンプは、トランスファーpMOSを使用し、チャージ容量を第1の高電圧の電圧でON、OFFすることにより、第1の高電圧の2倍の電位が得られること及び直列型チャージポンプのCLK信号で、内部直列ブロック1と内部直列ブロック2を交互にON、OFFさせていることを特徴としている。
図21に、本発明の昇圧回路を搭載したICカードのハードウェア構成を示す。ICカードハードウェア内のフラッシュメモリ及びEEPROMで本発明の昇圧回路が搭載される。
また、フラッシュメモリ及びEEPROMは、データの書き込み、消去時にプラス又はマイナス高電圧が必要となり、本発明の昇圧回路が使用されることとなるが、読み出し時に本発明の昇圧回路を使用して、書き込み及び消去されたメモリが期待したしきい値に達しているかを確認するために使用することもできる。
以下、上記実施例で説明したチャージポンプ回路は、電源電圧以外のプラス又はマイナス高電圧を必要とするEEPROM、フラッシュメモリー代表される不揮発性メモリ等を含むLSI回路、ICカードチップ、ICカード等に適用可能である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Although not limited to the circuit element of the present invention, it is realized by a well-known Si semiconductor integrated circuit. In the drawings of the present application, the back gate having an inward arrow represents an n-type MOSFET. A back gate having an outer arrow and a circle on the gate represents a p-type MOSFET.
In the present specification, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is omitted and referred to as a MOS. The present invention is generally applicable to MISFETs.
FIG. 5 shows an entire circuit for generating a plus high voltage, which is a form of the first embodiment of the charge pump circuit invented this time, and FIG. 6 shows a part extracted from the charge pump stage. The charge pump circuit of the present application is formed by connecting a plurality of basic pump cells including four n-type MOSs and two capacitors in series. The basic pump cell includes a transfer MOS (TMOS) that transfers charges to the next stage, a substrate control MOS that serves as a connection circuit that connects a TMOS substrate (also referred to as a well) to the drain or source of the transfer MOS, and a transfer MOS A gate voltage setting MOS that functions as a connection circuit for connecting the gate potential to the drain, a charge capacitor (C) that charges the charge transferred from the TMOS, and a transfer gate capacitor (Cg) that transmits the potential of 2VCLK or 2VCLKn to the gate of the TMOS. ). The gate of the TMOS is connected to the gate of the gate voltage setting MOS of the next stage. However, the gate of the first stage gate voltage setting MOS is connected to the connection point between the TMOS and the charge capacitor. These transfer MOS, substrate control MOS and gate voltage setting MOS are all nMOS.
The two-phase clock signals CLK and CLKn have the operating voltage Vcc as the amplitude. When the clock signal CLK is at the operating voltage Vcc, the output timing of the clock signals CLK and CLKn is 0V, and when the clock signal CLK is 0V, the CLKn is the operating voltage Vcc, and are in opposite phase relation to each other. It is a clock signal.
The two-phase clock signals 2VCLK and 2VCLKn have an amplitude of 2Vcc, which is twice the operating voltage. Similar to CLK and CLKn, 2VCLK and 2VCLKn are clock signals having opposite phases to each other.
The operation will be described below with reference to FIGS.
In the CLK X1 period of FIG. 7, CLK = 0V and 2VCLKn = 2Vcc, so that the gate n3 potential which is a transfer MOS becomes 2Vcc or more, T1 is turned on, electric charge is supplied from Vcc to the charge capacitor C1, and finally n1 The potential becomes Vcc. . Accordingly, since the n1 potential is equal to or lower than Vcc while the charge capacitor C1 is charged, the nMOS gate is connected to the n1 potential, and t2 and t3 where the source or drain is equal to or higher than Vcc are turned OFF. In addition, the nMOS gate is connected to Vcc, t1 when the n1 potential which is the drain or source potential is Vcc or less is turned ON, the substrate potential n2 of the transfer MOS T1 becomes the n1 potential, and the drain or source of the TMOS is low. It will be connected to the potential. Here, Vt0 of the transfer nMOS is normally less than Vcc, and when the gate potential n3 of the transfer nMOS becomes 2 Vcc or more, the n1 potential rises to Vcc without loss of Vt0.
In the second stage, CLKn = Vcc and 2VCLK = 0V. Therefore, if the charge charged in the charge capacitor C2 is Q2, the potential n4 becomes (Q2 / C2) + Vcc. Here, if all the charge charges of C1 from the first stage are transferred, it can be said that Vcc + (Q1 / C1) = (Q2 / C2) = 2Vcc, so the n4 potential is 3Vcc, and n4 potential> n1 potential. Therefore, t5 where the nMOS gate is connected to the n4 potential is turned ON, and t4 where the nMOS gate is connected to the n1 potential is turned OFF. When t5 is turned on, the substrate potential n5 of the transfer nMOS T2 becomes n1 potential. Further, t6 where the nMOS gate is connected to the n3 potential is turned ON, and the n6 potential, which is the T2 gate potential, becomes the n5 potential and T2 is turned OFF.
In the odd (2N-1) th stage after the third stage (N is 1 or more), the TMOS is turned on as in the first stage, and the connection point between the charge capacitor C (2N-1) and the TMOS is Vcc × ( 2N-1). In the even 2N stage, the TMOS is turned off, and the connection point between the charge capacitor C (2N) and the TMOS is Vcc + Vcc × 2N.
In the CLK X2 period of FIG. 8, CLK = Vcc and 2VCLKn = 0V, so that the potential n1 becomes the potential Vcc + Vcc = 2Vcc that is charged and increased in the charge capacitor C1 in the X1 period. As a result, t2 and t3 when the nMOS gate is connected to the n1 potential are turned on, the gate potential n3 and the substrate potential n2 of the transfer nMOS are Vcc, and T1 is turned off.
In the second stage, CLKn = 0V, 2VCLK = 2Vcc and the n4 potential becomes 2Vcc or less, so that n1 potential ≧ n4 potential, t4 when the n1 potential is connected to the nMOS gate is turned ON, and the n4 potential is connected to the nMOS gate. T5 is turned OFF. As a result, the substrate potential n5 of the transfer MOS T2 becomes the n4 potential. Further, t6 when the n3 potential which is Vcc is connected to the nMOS gate is turned OFF, and the n6 potential is set to Vcc in the X1 period, 2VCLK = 2Vcc is added to 3Vcc, and T2 is turned ON. As a result, charges move from the charge capacitors C1 to C2, and the n4 potential finally becomes 2Vcc.
In the odd (2N-1) th stage after the third stage (N is 1 or more), the TMOS is turned off as in the first stage, and the connection point between the charge capacitor C (2N-1) and the TMOS is Vcc + Vcc × ( 2N-1). In the even 2N stage, the TMOS is turned on, and the connection point between the charge capacitor C (2N) and the TMOS is Vcc × 2N.
FIG. 9 shows a voltage state in the circuit in the CLK X1 and X2 periods. Here, the gate of the Nth stage TMOS gate voltage setting MOS is connected to the (N−1) th stage TMOS gate, but the charge pump capacitor C1 is connected to the gate of the first stage TMOS gate voltage setting MOS. Control was performed by connecting to the connected n1 potential.
In this charge pump, in the case of positive voltage boosting, assuming that the voltage amplification per stage is Vga, the voltage Vout output from this charge pump can be expressed by equation (4).
Figure 0004445395
Here, the voltage amplification degree Vga is the maximum Vcc. When the load current IL flows through Vout,
Figure 0004445395
Since the voltage drop of ΔV expressed by the equation (5) occurs,
Figure 0004445395
Vga is expressed by equation (6).
Here, when the potential when the load current IL flows is shown by the connection points in FIGS. 7 and 8, the connection points in FIG. 7 are n1 = n2 = n5 = n6 = ˜ (Vcc−ΔV), n3. = 2Vcc, n4 = 3Vcc-2ΔV, and the connection points in FIG. 8 are n1 = 2Vcc−ΔV, n2 = n3 = Vcc, n4 = n5 = 2Vcc-2ΔV, n6 = 3Vcc−ΔV, and the charge capacity of each stage There is a voltage drop of (number of stages × ΔV) at connection points n1 and n4 between TMOS and TMOS.
FIG. 10 shows a simulation circuit and a Spice simulation result of the substrate control type charge pump circuit according to the present invention. In a circuit configuration with 13 charge pump stages and a charge pump capacity of 70 F / stage, power supply voltage Vcc = 1.5V and about 18.5 V under the conditions of load resistance (RLOAD) = 100 MΩ and load capacity (CLOAD) = 100 pF The voltage Vcc = 1.3V is about 15.5V, and even at a low power supply voltage, a high voltage of about 12V or more necessary for erasing and writing of the nonvolatile memory can be generated. In this Spice simulation, Vt0 of the transfer NMOS is about 0.9 V, and the substrate effect coefficient γ is about 0.8.
Here, the operation of the double voltage CLK generating circuit also shown in the circuit diagram of FIG. 10 will be described with reference to FIG. The double voltage CLK generating circuit is a circuit for generating 2VCLK and 2VCLKn from CLK and CLKn shown in FIGS. This double voltage CLK generating circuit also uses a charge pump system and uses a pMOS as a transfer MOS. When CLK = Vcc, the transfer pMOS gate becomes 0V, the capacitor C is charged, the n2 potential becomes Vcc, and the output becomes 0V at the same time. Next, when CLK = 0V, the n2 potential becomes 2 × Vcc, the transfer pMOS gate is set to the n2 potential, and the transfer pMOS is turned off. Further, the output is n2 potential and becomes 2 × Vcc. As described above, the double voltage CLK generation circuit generates a voltage of 0 V to 2 Vcc in synchronization with the input CLK.
5 to 12 are charge pumps for generating a positive high voltage. FIG. 13 shows a circuit for generating a negative high voltage according to the second embodiment of the present invention.
The circuit configuration is almost the same as in FIG. 5, but the phase of CLK and the position of the gate voltage setting MOS are different. In the case of the plus boost of FIG. 5, the drain and the source of the gate voltage setting MOS are connected to the opposite side of the connection point between the TMOS and the charge capacitor C and the TMOS gate, but in the case of the minus boost of FIG. The connection point between the TMOS and the charge capacitor C and the TMOS gate were connected. In addition, the positive boost of FIG. 5 controls each pump cell with a pair of CLK and 2VCLKn and CLKn and 2VCLK. However, the negative boost of FIG. 13 has a pair of CLK and 2VCLK and CLKn and 2VCLKn. The pump cell was controlled. As a result, in the case of plus boosting, a positive high voltage was obtained by flowing the charge to the charge capacitor of the next stage, but in the case of minus, the charge flow direction was reversed to the plus direction. Charge is passed to the previous stage to obtain a negative high voltage.
The gate of the Nth stage TMOS gate voltage setting MOS is connected to the (N-1) th stage TMOS gate, while the gate of the first stage TMOS gate voltage setting MOS is connected to CLKn and controlled. did. The substrate of the TMOS gate voltage setting MOS at each stage was connected to the substrate potential of the transfer MOS at each stage.
The operation will be described with reference to FIGS. In the CLK X1 period of FIG. 14, CLK = 0V, 2VCLK = 0V, and the gate n3 potential of the first-stage transfer MOS is set to the gate voltage setting because the gate of the gate voltage setting MOS is connected to CLKn = Vcc. The MOS is turned on, and the n3 potential and the n1 potential are connected. During operation, the n1 potential is -Vcc to 0 V, so T1 is turned OFF. The substrate potential n2 of T1 is t2 OFF and t1 ON, and the n2 potential and the n1 potential are connected.
In the second stage, CLKn = Vcc, 2VCLKn = 2Vcc, and the gate n6 potential of T2 is changed from about −2 Vcc to about 0 V by 2 VCLK. Further, since n3 which is the gate potential of t6 is about −Vcc and t6 is turned off, T2 is turned on and the n4 potential becomes −Vcc which is the same as the n1 potential. Further, immediately after the CLK becomes Vcc, the n4 potential is about Vcc higher than the n1 potential, so that the t5 is turned on and the n5 potential becomes the same as the n1 potential.
In the period X2 in FIG. 15, CLK = Vcc and 2VCLK = 2Vcc, and the n3 potential is changed from −Vcc to Vcc by 2VCLK. Further, since t3 is turned off by CLKn = 0V, T1 is turned on and the n1 potential becomes 0V. Further, the n2 potential immediately after CLK becomes Vcc, the n1 potential is approximately Vcc higher than the n1 potential, so that t2 is turned ON and the n2 potential becomes 0V.
In the second stage, CLKn = 0V, 2VCLKn = 0V, and the gate n6 potential of T2 is changed from about 0V to about −2Vcc by 2VCLK. The n4 potential is changed from −Vcc to −2 Vcc by CLKn, and the gate potential n3 = Vcc at t6. Therefore, t6 is turned on, the n6 potential and the n4 potential are connected, and T2 is turned off. The n5 potential becomes −2 Vcc, which is the same as the n4 potential, when t4 is turned ON.
Here, in the case of a negative voltage boost, assuming that the voltage amplification degree per stage is Vga, the voltage Vout output from this charge pump can be expressed by equation (7).
Figure 0004445395
The voltage amplification degree Vga is the maximum Vcc.
FIGS. 5 to 15 show the charge pump circuit in which the transfer MOS, the substrate control MOS and the gate voltage setting MOS are composed of nMOS. FIG. 16 shows a third embodiment of the charge pump circuit of the present invention composed of pMOS. A fourth embodiment is shown in FIG.
FIG. 16 shows a positive boost charge pump circuit, in which a pMOS is used as a TMOS, a substrate control MOS, and a gate voltage setting MOS. Further, by controlling each pump cell with a pair of clocks having the same phase of CLK and 2VCLK and CLKn and 2VCLKn as a pair, charges are transferred from the preceding pump cell to the pump cell, and the voltage is boosted further toward the subsequent stage. Unlike the nMOS, the transfer MOS substrate is set to the higher transfer drain or source potential by the substrate control MOS.
FIG. 17 shows a negative boost charge pump circuit. Unlike the case of plus boosting in FIG. 16, the gate voltage setting MOS is positioned on the opposite side of the charge capacitor, and the clocks of opposite phases of CLK and 2VCLKn and CLKn and 2VCLK are paired to each pump cell. Is controlling. As a result, charges are transferred from the pump cell to the preceding pump cell, and the voltage is stepped down to the subsequent stage. Similarly to the plus boosting of FIG. 16, the substrate of the transfer MOS is set to the higher one of the transfer drain or source potential by the substrate control MOS. As can be seen from FIGS. 16 and 17, the circuit configuration is the same as that of the nMOS. The plus booster circuit using the pMOS in FIG. 16 has the same circuit configuration as the minus booster circuit using the nMOS in FIGS. 14 and 15, and the minus booster circuit using the pMOS in FIG. The circuit configuration is the same as that of the plus booster circuit using nMOS, and it is possible to obtain positive and negative boosted voltages with the same circuit configuration regardless of whether pMOS or nMOS is used.
In the control of the nonvolatile memory, for example, a minus high voltage may be required for erasing and a plus high voltage may be required for writing. In this case, separately making positive and negative charge pump circuits increases the chip area and increases the chip price. Therefore, since erase and write do not occur at the same time, a charge pump circuit according to a fifth embodiment of the present invention that generates a positive or negative high voltage with one charge pump circuit is proposed in FIG. The basic circuit is the same as in FIG. 5 and the basic operation is the same as that described in FIGS. 7 and 8, but the input and output are reversed when a plus high voltage is generated and when a minus high voltage is generated. Is characterized by the selection circuit and the selection signal. When a positive high voltage is generated, the contents are the same as those described with reference to FIGS. 5 to 8, and the input is Vdd on the left side of FIG. 18 and the output is on the right side of FIG. When a negative high voltage is generated, the input on the right side of FIG. 18 is 0 V, and the output on the left side of FIG. 18 is output. In both the positive and negative high voltage generations, the movement of the charge is from left to right in FIG. 18. In the negative case, the charge flows into 0V, and the preceding stage gradually becomes negative, and a negative high voltage can be generated.
Next, in the control of the nonvolatile memory, for example, two types of high voltages such as 12V and 6V may be required at the same time. A sixth embodiment of the present invention having a circuit configuration for generating a first high voltage output from the charge pump circuit shown in FIG. 5 and a second high voltage using the first high voltage. It shows in FIG. The substrate control type parallel charge pump in FIG. 19 is the same as FIG. FIG. 20 shows the series charge pump of FIG. 19 which is the seventh embodiment of the present invention. The series type charge pump uses a transfer pMOS, and by turning on and off the charge capacitor with the first high voltage, a potential twice as high as the first high voltage can be obtained. The internal serial block 1 and the internal serial block 2 are alternately turned on and off by the CLK signal.
FIG. 21 shows the hardware configuration of an IC card equipped with the booster circuit of the present invention. The booster circuit of the present invention is mounted on the flash memory and EEPROM in the IC card hardware.
In addition, the flash memory and the EEPROM require a positive or negative high voltage at the time of data writing and erasing, and the booster circuit of the present invention is used. And can be used to verify that the erased memory has reached the expected threshold.
Hereinafter, the charge pump circuit described in the above embodiment is applied to an LSI circuit, an IC card chip, an IC card, etc. including an EEPROM, a non-volatile memory typified by a flash memory, etc. that require a plus or minus high voltage other than the power supply voltage. Applicable.

本願発明は、不揮発性メモリや電源電圧以上の高電圧を必要とするICチップなどで利用されるものである。  The present invention is used in a nonvolatile memory or an IC chip that requires a high voltage higher than a power supply voltage.

Claims (19)

基本ポンプセルをN段接続し昇圧する昇圧回路であって、
前記基本ポンプセルは、少なくとも第1MISFETと、第2MISFETと、第3MISFETと、第1キャパシタと、第4MISFETと、第2キャパシタとを有し、
前記第1MISFETのバックゲートは第1ノードに接続し、そのソースドレン経路は、第2ノードと第3ノードとの間に接続され、
前記第2MISFETのバックゲートは前記第1ノードに接続し、そのソースドレン経路は、前記第1ノードと前記第2ノードとの間に接続し、
前記第3MISFETのバックゲートは前記第1ノードに接続し、そのソースドレン経路は、前記第1ノードと前記第3ノードとの間に接続し、
前記第1キャパシタの一端は前記第3ノードに接続し、その他端には動作電圧の振幅を有する第1クロックが入力され、
前記第3ノードが、次段の前記基本ポンプセルの前記第2ノードに接続し、
前記第2キャパシタの一端は前記第1MISFETのゲートに接続し、その他端には前記動作電圧と前記第1MISFETの閾値電圧の和よりも大きな電圧振幅を有し、且つ前記第1クロックと逆相である第2クロックが入力され、
前記第4MISFETのバックゲートは前記第1ノードに接続し、そのソースドレイン経路は前記第2ノードと前記第1MISFETのゲートとの間に接続し、そのゲートは前段の前記基本ポンプセルを構成する前記第2キャパシタの前記一端に接続することを特徴とする昇圧回路。
A booster circuit for boosting by connecting N stages of basic pump cells,
The basic pump cell includes at least a first MISFET, a second MISFET, a third MISFET, a first capacitor, a fourth MISFET, and a second capacitor ,
A back gate of said first 1MISFET is connected to the first node, its Sosudore Lee down path is connected between the second node and a third node,
A back gate of said first 2MISFET is connected to said first node, its Sosudore Lee down path is connected between the first node and the second node,
A back gate of said first 3MISFET is connected to said first node, its Sosudore Lee down path is connected between said first node and said third node,
One end of the first capacitor is connected to the third node, and the other end receives a first clock having an amplitude of an operating voltage,
The third node is connected to the second node of the basic pump cell in the next stage;
One end of the second capacitor is connected to the gate of the first MISFET, and the other end has a voltage amplitude larger than the sum of the operating voltage and the threshold voltage of the first MISFET, and has a phase opposite to that of the first clock. A second clock is input,
The back gate of the fourth MISFET is connected to the first node, the source / drain path is connected between the second node and the gate of the first MISFET, and the gate forms the basic pump cell in the previous stage. A booster circuit connected to the one end of two capacitors .
基本ポンプセルをN段接続し昇圧する昇圧回路であって、A booster circuit for boosting by connecting N stages of basic pump cells,
前記基本ポンプセルは、少なくとも第1MISFETと、第2MISFETと、第3MISFETと、第1キャパシタと、第4MISFETと、第2キャパシタとを有し、The basic pump cell includes at least a first MISFET, a second MISFET, a third MISFET, a first capacitor, a fourth MISFET, and a second capacitor,
前記第1MISFETのバックゲートは第1ノードに接続し、そのソースドレイン経路は、第2ノードと第3ノードとの間に接続され、The back gate of the first MISFET is connected to the first node, and the source / drain path is connected between the second node and the third node,
前記第2MISFETのバックゲートは前記第1ノードに接続し、そのソースドレイン経路は、前記第1ノードと前記第2ノードとの間に接続し、The back gate of the second MISFET is connected to the first node, and the source / drain path is connected between the first node and the second node,
前記第3MISFETのバックゲートは前記第1ノードに接続し、そのソースドレイン経路は、前記第1ノードと前記第3ノードとの間に接続し、A back gate of the third MISFET is connected to the first node, and a source / drain path is connected between the first node and the third node;
前記第1キャパシタの一端は前記第3ノードに接続し、その他端には動作電圧の振幅を有する第1クロックが入力され、One end of the first capacitor is connected to the third node, and the other end receives a first clock having an amplitude of an operating voltage,
前記第3ノードが、次段の前記基本ポンプセルの前記第2ノードに接続し、The third node is connected to the second node of the basic pump cell in the next stage;
前記第2キャパシタの一端は前記第1MISFETのゲートに接続し、その他端には前記動作電圧と前記第1MISFETの閾値電圧の和よりも大きな電圧振幅を有し、且つ前記第1クロックと同相である第2クロックが入力され、One end of the second capacitor is connected to the gate of the first MISFET, the other end has a voltage amplitude larger than the sum of the operating voltage and the threshold voltage of the first MISFET, and is in phase with the first clock. The second clock is input,
前記第4MISFETのソースドレイン経路は、前記第3ノードと前記第1MISFETのゲートとの間に接続し、そのゲートは前段の前記基本ポンプセルを構成する前記第2キャパシタの前記一端に接続することを特徴とする昇圧回路。The source / drain path of the fourth MISFET is connected between the third node and the gate of the first MISFET, and the gate is connected to the one end of the second capacitor constituting the basic pump cell in the previous stage. A booster circuit.
請求項1記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 1, wherein
前記第1、2、3、4MISFETはn型のMISFETであって、The first, second, third, and fourth MISFETs are n-type MISFETs,
正側に電圧を昇圧することを特徴とする昇圧回路。A booster circuit which boosts a voltage to the positive side.
請求項1記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 1, wherein
前記第1、2、3、4MISFETはp型のMISFETであって、The first, second, third, and fourth MISFETs are p-type MISFETs,
負側に電圧を昇圧することを特徴とする昇圧回路。A booster circuit that boosts a voltage to the negative side.
請求項2記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 2, wherein
前記第1、2、3、4MISFETはn型のMISFETであって、The first, second, third, and fourth MISFETs are n-type MISFETs,
負側に電圧を昇圧することを特徴とする昇圧回路。A booster circuit that boosts a voltage to the negative side.
請求項2記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 2, wherein
前記第1、2、3、4MISFETはp型のMISFETであって、The first, second, third, and fourth MISFETs are p-type MISFETs,
正側に電圧を昇圧することを特徴とする昇圧回路。A booster circuit which boosts a voltage to the positive side.
請求項1または2記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 1 or 2,
前記動作電圧の2倍の電圧のクロックを生成する2倍圧クロック発生回路を有し、A double voltage generation circuit for generating a clock having a voltage twice as high as the operating voltage;
前記2倍圧クロック発生回路が、前記第2クロックを生成することを特徴とする昇圧回路。The booster circuit, wherein the double voltage clock generation circuit generates the second clock.
請求項1または2記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 1 or 2,
前記基本ポンプセルの奇数段に入力される前記第1クロックと、その偶数段に入力される前記第1クロックが逆相であり、The first clock input to the odd-numbered stages of the basic pump cell and the first clock input to the even-numbered stages are in reverse phase,
前記基本ポンプセルの奇数段に入力される前記第2クロックと、その偶数段に入力される前記第2クロックが逆相であることを特徴とする昇圧回路。2. The booster circuit according to claim 1, wherein the second clock input to the odd-numbered stages of the basic pump cells and the second clock input to the even-numbered stages are in opposite phases.
基本ポンプセルをN段接続し昇圧する昇圧回路であって、A booster circuit for boosting by connecting N stages of basic pump cells,
前記基本ポンプセルが、The basic pump cell is
n型であるトランスファーMISFETと、n-type transfer MISFET,
前記トランスファーMISFETのドレインまたはソースのいずれか電位の低い方と、前記トランスファーMISFETのバックゲートとを接続する第1接続回路と、A first connection circuit for connecting the lower one of the drain or source of the transfer MISFET and the back gate of the transfer MISFET;
前記トランスファーMISFETのゲートに容量を介して、動作電圧と前記トランスファーMISFETの閾値電圧との和よりも大きな電圧振幅の電圧を印加する回路と、A circuit for applying a voltage having a voltage amplitude larger than the sum of the operating voltage and the threshold voltage of the transfer MISFET to the gate of the transfer MISFET via a capacitor;
前記トランスファーMISFETのオフ状態のときに、前記トランスファーMISFETのゲートと、ドレインまたはソースとを接続する第2接続回路とを有することを特徴とする昇圧回路。A booster circuit comprising: a second connection circuit for connecting a gate of the transfer MISFET and a drain or a source when the transfer MISFET is in an OFF state.
請求項9記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 9, wherein
前記第1接続回路は、第1基板制御MISFETと第2基板制御MISFETとから構成され、The first connection circuit includes a first substrate control MISFET and a second substrate control MISFET,
前記第1、第2基板制御MISFETの一方が導通し、前記トランスファーMISFETのドレインまたはソースのいずれか電位の低い方と、前記トランスファーMISFETのバックゲートとを接続することを特徴とする昇圧回路。One of said 1st, 2nd board | substrate control MISFET conduct | electrically_connects, and the lower one of the drain or the source | sauce of the said transfer MISFET and the back gate of the said transfer MISFET are connected.
基本ポンプセルをN段接続し昇圧する昇圧回路であって、A booster circuit for boosting by connecting N stages of basic pump cells,
前記基本ポンプセルが、The basic pump cell is
p型であるトランスファーMISFETと、p-type transfer MISFET,
前記トランスファーMISFETのドレインまたはソースのいずれか電位の高い方と、前記トランスファーMISFETとバックゲートとを接続する第1接続回路と、A first connection circuit that connects the higher one of the drain or source of the transfer MISFET and the transfer MISFET and a back gate;
前記トランスファーMISFETのゲートに容量を介して、動作電圧と前記トランスファーMISFETの閾値電圧との和よりも大きな電圧振幅の電圧を印加する回路と、A circuit for applying a voltage having a voltage amplitude larger than the sum of the operating voltage and the threshold voltage of the transfer MISFET to the gate of the transfer MISFET via a capacitor;
前記トランスファーMISFETのオフ状態のときに、前記トランスファーMISFETのゲートと、ドレインまたはソースとを接続する第2接続回路とを有することを特徴とする昇圧回路。A booster circuit comprising: a second connection circuit for connecting a gate of the transfer MISFET and a drain or a source when the transfer MISFET is in an OFF state.
請求項11記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 11, wherein
前記第1接続回路は、第1基板制御MISFETと第2基板制御MISFETとから構成され、The first connection circuit includes a first substrate control MISFET and a second substrate control MISFET,
前記第1、第2基板制御MISFETの一方が導通し、前記トランスファーMISFETのドレインまたはソースのいずれか電位の高い方と、前記トランスファーMISFETのバックゲートとを接続することを特徴とする昇圧回路。One of said 1st, 2nd board | substrate control MISFET conduct | electrically_connects, The higher one of the drain or source | sauce of the said transfer MISFET and the back gate of the said transfer MISFET are connected, The booster circuit characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 1, wherein
正、負のいずれかに昇圧するかを選択する選択回路を有することを特徴とする昇圧回路。A boosting circuit comprising a selection circuit that selects whether to boost to positive or negative.
請求項13記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 13, wherein
前記選択回路は、The selection circuit includes:
前記基本ポンプセルの初段または最終段のいずれか一方の第2ノードを前記動作電圧に接続する回路であり、他方の第3ノードを接地電位に接続することを特徴とする昇圧回路。A booster circuit, wherein the first node or the last stage of the basic pump cell is connected to the operating voltage, and the other third node is connected to a ground potential.
請求項1記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 1, wherein
直列型チャージポンプを有し、With a series charge pump,
前記直列型チャージポンプが、前記昇圧回路が出力する第1の電圧から第2の電圧を出力することを特徴とする昇圧回路。The booster circuit, wherein the series charge pump outputs a second voltage from a first voltage output from the booster circuit.
請求項1記載の昇圧回路により生成された電圧により、読み出し、書き込み、消去の少なくともいずれか一つを行うことを特徴とする不揮発性メモリ。A non-volatile memory, wherein at least one of reading, writing, and erasing is performed by a voltage generated by the booster circuit according to claim 1. 請求項16記載の不揮発性メモリを有することを特徴とするICカード。An IC card comprising the nonvolatile memory according to claim 16. 請求項9記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 9, wherein
前記第2接続回路は、ドレインソース経路が前記トランスファーMISFETのゲートとドレインまたはソースとの間に接続され、ゲート値には前段の基本ポンプセルにおける前記トランスファーMOSのゲート電圧が印加されるゲート電圧設定MISFETであることを特徴とする昇圧回路。In the second connection circuit, a drain-source path is connected between the gate and drain or source of the transfer MISFET, and a gate voltage setting MISFET in which the gate voltage of the transfer MOS in the previous basic pump cell is applied to the gate value. A booster circuit characterized by the above.
請求項11記載の昇圧回路であって、The booster circuit according to claim 11, wherein
前記第2接続回路は、ドレインソース経路が前記トランスファーMISFETのゲートとドレインまたはソースとの間に接続され、ゲートには前段の基本ポンプセルにおける前記トランスファーMOSのゲート電圧が印加されるゲート電圧設定MISFETであることを特徴とする昇圧回路。The second connection circuit is a gate voltage setting MISFET whose drain source path is connected between the gate and drain or source of the transfer MISFET, and to which the gate voltage of the transfer MOS in the previous basic pump cell is applied. A step-up circuit characterized by being.
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