JP4595426B2 - 4相クロック駆動チャージポンプ回路 - Google Patents
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NchトランジスタT1i(i=1〜n)のゲートにはキャパシタCmiの一端が接続されている。
NchトランジスタT1(n+1)のゲートは自身のドレインに接続されている、つまり、NchトランジスタT1(n+1)はダイオード接続されている。
なお、本明細書において、NchトランジスタT1i(i=1〜n+1)の閾値をVth1iと記載する。
NchトランジスタT21のドレインには入力端INが接続されている。NchトランジスタT2i(i=2〜n)のドレインにはノードn(i−1)が接続されている。
NchトランジスタT2i(i=1〜n)のソースはノードkiに接続されて、NchトランジスタT1i(i=1〜n)のゲートにつながっている。
NchトランジスタT2i(i=1〜n)のゲートはノードniに接続されて、キャパシタCiにつながっている。
キャパシタCmi(i=1〜n)の一端はNchトランジスタT1iのゲートに接続されている。キャパシタCmi(i:1〜nの奇数)の他端にはクロック電圧PH4が供給され、キャパシタCmi(i:1〜nの偶数)の他端にはクロック電圧PH3が供給される。
その後、クロック電圧PH2がLレベルとなって、さらに、クロック電圧PH3がHレベルとなると、キャパシタCm2を通じてNchトランジスタT12のゲート電圧(ノードk2の電位)がさらに高くなる。NchトランジスタT12のゲート電圧がノードn1の電位より閾値Vth12以上高くなると、NchトランジスタT12は三極間動作になり、ノードn1の電位は、閾値Vth12分の電圧ドロップすることなく、NchトランジスタT12を通ってノードn2へ転送される。
その後、クロック電圧PH3がLレベルとなると、クロック電圧PH3による電位の持ち上げがなくなるので、NchトランジスタT12のゲート電圧(ノードk2の電位)が下がる。
その後、クロック電圧PH2がHレベルとなり、さらに、クロック電圧PH1がLレベルとなると、ノードn1の電位がそれに応じて下がり、キャパシタC2を通じてNchトランジスタT22のゲート電圧が高くなっているのでNchトランジスタT12のゲート電圧(ノードk2の電位)が下がる。
その後、クロック電圧PH1がLレベルとなって、さらに、クロック電圧PH4がHレベルとなると、キャパシタCm3を通じてNchトランジスタT13のゲート電圧(ノードk3の電位)がさらに高くなる。NchトランジスタT13のゲート電圧がノードn2の電位より閾値Vth13以上高くなると、NchトランジスタT13は三極間動作になり、ノードn2の電位は、閾値Vth13分の電圧ドロップすることなく、NchトランジスタT13を通ってノードn3へ転送される。
その後、クロック電圧PH4がLレベルとなると、クロック電圧PH4による電位の持ち上げがなくなるので、NchトランジスタT13のゲート電圧(ノードk3の電位)が下がる。
その後、クロック電圧PH1がHレベルとなり、さらに、クロック電圧PH2がLレベルとなると、ノードn2の電位がそれに応じて下がり、キャパシタC3を通じてNchトランジスタT23のゲート電圧が高くなっているのでNchトランジスタT13のゲート電圧(ノードk3の電位)が下がる。
Vout=Vcc+(Vcc×α1−Vth11)+(Vcc×α2−Vth12)+・・・+(Vcc×αn−Vth1n)−Vth1(n+1)
となる。
但し、αi(i=1〜n)は主ポンプ用キャパシタ(キャパシタC1〜Cn)でポンプするときの効率であり、ポンプ効率αiは、
αi=Ci/(Ci+Cmi)
である。
Vout=Vcc+Vcc×α1+Vcc×α2+・・・+Vcc×αn−Vth1(n+1)
となる。
以下、本発明の第1の実施の形態における4相クロック駆動のチャージポンプ回路について図1および図2を参照しつつ説明する。図1は本実施の形態における4相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図である。図2は図1のチャージポンプ回路の動作を説明するための波形図である。
ただし、図1のチャージポンプ回路において、図13の従来のチャージポンプ回路と同様の役割の素子については同様の符号を付している。また、図1の補助ポンプ用キャパシタの符号を、図13と異なる符号Cs1〜Csnを使用しているが、役割としては同じである。
また、図1のチャージポンプ回路の基本的な動作は、図13の従来の4相クロック駆動のチャージポンプ回路と同様であり、その説明が適用できるため、その詳細な説明は省略する。
従来のチャージポンプ回路では、クロック電圧PH4をキャパシタCmi(i:1〜nの奇数)に供給している。これに対して、本実施の形態のチャージポンプ回路では、クロック電圧PH4を2倍昇圧回路14を通すことによって波高値(振幅)が2×Vccであるクロック電圧PH4aにして、このクロック電圧PH4aをキャパシタCsi(i:1〜nの奇数)に供給している。
つまり、本実施の形態のチャージポンプ回路には、クロック電圧PH4をチャージポンプ回路に入力する入力端とキャパシタCsi(i:1〜nの奇数)との間に、従来のチャージポンプ回路には存在しない2倍昇圧回路14が挿入されている。
これにより、本実施の形態のチャージポンプ回路は、従来のチャージポンプ回路より転送時のNchトランジスタT1i(i:1〜nの奇数)のゲート電圧の値が大きくなる。
なお、2倍昇圧回路14としては、例えば、後述する図5や図7に示す回路構成によって実現することができる。
つまり、本実施の形態のチャージポンプ回路には、クロック電圧PH3をチャージポンプ回路に入力する入力端とキャパシタCsi(i:1〜nの偶数)との間に、従来のチャージポンプ回路には存在しない2倍昇圧回路13が挿入されている。
これにより、本実施の形態のチャージポンプ回路は、従来のチャージポンプ回路より転送時のNchトランジスタT1i(i:1〜nの偶数)のゲート電圧の値が大きくなる。
なお、2倍昇圧回路13としては、例えば、後述する図5や図7に示す回路構成によって実現することができる。
Vout=Vcc+Vcc×β1+Vcc×β2+・・・+Vcc×βn−Vth1(n+1)
となる。
但し、βi(i=1〜n)は主ポンプ用キャパシタ(キャパシタC1〜Cn)でポンプするときの効率であり、ポンプ効率βiは、
βi=Ci/(Ci+Csi)
である。
従来のチャージポンプ回路において、電源電圧Vccを1.5V、キャパシタCi(i=1〜n)の容量とキャパシタCmiの容量との比を10:2、NchトランジスタT1(n+1)にかかっているバックゲート電圧を11V、nを9とする。
ポンプ効率αi(i=1〜n)は0.83となり、NchトランジスタT1(n+1)の閾値Vth1(n+1)は1.5V(「発明が解決しようとする課題」の欄参照)となる。
これらを従来のチャージポンプ回路において示した上記の式に代入すると、従来のチャージポンプ回路の出力電圧Voutは、11.2Vとなる。
そして、本実施の形態のチャージポンプ回路において、電源電圧Vccを1.5V、キャパシタCi(i=1〜n)の容量とキャパシタCmiの容量との比を10:1、NchトランジスタT1(n+1)にかかっているバックゲート電圧を11V、nを8とする。
ポンプ効率βi(i=1〜n)は0.91となり、NchトランジスタT1(n+1)の閾値Vth1(n+1)は1.5V(「発明が解決しようとする課題」の欄参照)となる。
これらを本実施の形態のチャージポンプ回路において示した上記の式に代入すると、本実施の形態のチャージポンプ回路の出力電圧Voutは、10.9Vとなる。
以下、本発明の第2の実施の形態における4相クロック駆動のチャージポンプ回路について図3を参照しつつ説明する。図3は本実施の形態における4相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図である。
ただし、図3のチャージポンプ回路において、図13の従来のチャージポンプ回路、図1の第1の実施の形態のチャージポンプ回路と同様の役割の素子については同様の符号を付している。
また、一端がNchトランジスタT1(n+1)のゲートに接続され、他端が2倍昇圧回路14に接続されるように、キャパシタCpを挿入する。ただし、NchトランジスタT1(n+1)、T2(n+1)、キャパシタCpで構成される補助ポンプは主ポンプ用のキャパシタCiに相当するものがないのでポンプ効果が少ないことから、キャパシタCpとしてキャパシタCs1〜Csnの容量より大きい容量のキャパシタを使用することが好ましい。
クロック電圧PH2がHレベルとなると、NchトランジスタT2(n+1)のゲート電圧は出力端OUTに接続されているので、NchトランジスタT1(n+1)のゲート電圧(ノードk(n+1)の電位)は出力電圧Vout−閾値Vth1(n+1)に充電される。その後、クロック電圧PH4がHレベルとなると、キャパシタCpを通じてNchトランジスタT1(n+1)のゲート電圧(ノードk(n+1)の電位)がさらに高くなる。NchトランジスタT1(n+1)のゲート電圧がノードnnの電位より閾値Vth1(n+1)以上高くなると、NchトランジスタT1(n+1)は三極間動作になり、ノードnnの電位は、閾値Vth1(n+1)分の電圧ドロップすることなく、NchトランジスタT1(n+1)を通って出力端OUTへ転送される。
Vout=Vcc+Vcc×β1+Vcc×β2+・・・+Vcc×βn
となる。
図1のチャージポンプ回路において、電源電圧Vccを1.5V、キャパシタCi(i=1〜n)の容量とキャパシタCmiの容量との比を10:1、NchトランジスタT1(n+1)にかかっているバックゲート電圧を11V、nを8とする場合、第1の実施の形態において示したように、出力電圧Voutは、10.9Vとなる。
これらを本実施の形態のチャージポンプ回路において示した上記の式に代入すると、本実施の形態のチャージポンプ回路の出力電圧Voutは、11.1Vとなる。
以下、本発明の第3の実施の形態における4相クロック駆動のチャージポンプ回路について図4を参照しつつ説明する。図4は本実施の形態における4相クロック駆動のチャージポンプ回路の構成を示す回路図である。
ただし、図4のチャージポンプ回路において、図13の従来のチャージポンプ回路、図1の第1の実施の形態のチャージポンプ回路、図3の第2の実施の形態のチャージポンプ回路と同様の役割の素子については同様の符号を付している。
なお、図4の4相クロック駆動のチャージポンプ回路の基本的な動作は、クロック電圧PH1〜PH4を昇圧する点を除けば、入力端INからノードnnまでの転送については図13の従来のチャージポンプ回路と同様であり、また、ノードnnから出力端OUTへの転送については第2の実施の形態のチャージポンプ回路と同様である。
つまり、本実施の形態のチャージポンプ回路には、クロック電圧PH4をチャージポンプ回路に入力する入力端とキャパシタCsi(i:1〜nの奇数)およびキャパシタCpとの間に、2倍昇圧回路14の代わりに、3倍昇圧回路34が挿入されている。
これにより、本実施の形態のチャージポンプ回路は、図3のチャージポンプ回路より転送時のNchトランジスタT1i(i:1〜nの奇数)のゲート電圧の値が大きくなる。
なお、3倍昇圧回路34としては、例えば、後述する図8や図11に示す回路構成によって実現することができる。
つまり、本実施の形態のチャージポンプ回路には、クロック電圧PH3をチャージポンプ回路に入力する入力端とキャパシタCsi(i:1〜nの偶数)との間に、2倍昇圧回路13の代わりに、3倍昇圧回路33が挿入されている。
これにより、本実施の形態のチャージポンプ回路は、図3のチャージポンプ回路より転送時のNchトランジスタT1i(i:1〜nの偶数)のゲート電圧の値が大きくなる。
なお、3倍昇圧回路33としては、例えば、後述する図8や図11に示す回路構成によって実現することができる。
つまり、本実施の形態のチャージポンプ回路には、クロック電圧PH1をチャージポンプ回路に入力する入力端とキャパシタCi(i:1〜nの奇数)との間に、図3のチャージポンプ回路などには存在しない2倍昇圧回路31が挿入されている。
これにより、本実施の形態のチャージポンプ回路は、図3のチャージポンプ回路より転送時のノードni(i:1〜nの奇数)の電位の値が大きくなる。
なお、2倍昇圧回路31としては、例えば、後述する図5や図7に示す回路構成によって実現することができる。
つまり、本実施の形態のチャージポンプ回路には、クロック電圧PH2をチャージポンプ回路に入力する入力端とキャパシタCi(i:1〜nの偶数)との間に、図3のチャージポンプ回路などには存在しない2倍昇圧回路32が挿入されている。
これにより、本実施の形態のチャージポンプ回路は、図3のチャージポンプ回路より転送時のノードni(i:1〜nの偶数)の電位の値が大きくなる。
なお、2倍昇圧回路31としては、例えば、後述する図5や図7に示す回路構成によって実現することができる。
Vout=Vcc+(2×Vcc×γ1×β1−Vth11)+(2×Vcc×γ2×β2−Vth12)+・・・+(2×Vcc×γn×βn−Vth1n)−Vth1(n+1)
であり、図4のチャージポンプ回路では上述したようにNchトランジスタT1i(i=1〜n+1)の閾値Vth1i分の電圧ドロップがないので、出力電圧Voutは、
Vout=Vcc+2×Vcc×γ1×β1+2×Vcc×γ2×β2+・・・+2×Vcc×γn×βn
となる。
図3のチャージポンプ回路において、電源電圧Vccを1.5V、キャパシタCi(i=1〜n)の容量とキャパシタCsiの容量との比を10:1、nを7とする場合、第2の実施の形態において示したように、出力電圧Voutは、11.1Vとなる。
これらを本実施の形態のチャージポンプ回路において示した上記の式に代入すると、本実施の形態のチャージポンプ回路の出力電圧Voutは、10.8Vとなる。
以下、本発明のチャージポンプ回路に使用される2倍昇圧回路について図5を参照しつつ説明する。図5は2倍昇圧回路の構成を示す回路図である。なお、使用するクロック信号CLKの波高値(振幅)をVccとし、この反転信号CLKrが入力端INに入力される。
ソースに電源電圧Vccが入力される、充電用のP型電界効果トランジスタ(以下、Pchトランジスタという。)PTR13がある。PchトランジスタPTR13の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR13のドレインに接続される。一端がPchトランジスタPTR13のドレインに接続され、他端がクロック信号CLKの反転信号CLKrが入力されその反転信号(クロック信号CLK)を出力するインバータ回路INV13の出力端に接続されたキャパシタC11がある。
PchトランジスタPTR11の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR11のソースに接続される。
PchトランジスタPTR11のゲートとNchトランジスタNTR11のゲートとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV11の入力部)にクロック信号CLKの反転信号CLKrが入力される。
PchトランジスタPTR11のドレインとNchトランジスタNTR11のドレインとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV11の出力部)が2倍昇圧回路の出力端OUTに接続されている。
PchトランジスタPTR11のソースはキャパシタC11の一端に接続されている。
NchトランジスタNTR11のソースは接地されている。
PchトランジスタPTR12の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR12のソースに接続される。
PchトランジスタPTR12のゲートとNchトランジスタNTR12のゲートとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV12の入力部)にクロック信号CLKの反転信号CLKrが入力される。
PchトランジスタPTR12のドレインとNchトランジスタNTR12のドレインとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV12の出力部)はPchトランジスタPTR13のゲートに接続されている。
PchトランジスタPTR12のソースはキャパシタC11の一端に接続されている。
NchトランジスタNTR12のソースは接地されている。
クロック信号CLKがLレベルのとき、つまりその反転信号CLKrがHレベルのとき、NchトランジスタNTR11のゲートおよびPchトランジスタPTR11のゲートにHレベルが入力されるので、NchトランジスタNTR11側がONし、出力端OUTへ接地レベル、つまりLレベルが出力される。
このとき、NchトランジスタNTR12のゲートおよびPchトランジスタPTR12のゲートにHレベルが入力されるので、NchトランジスタNTR12側がONし、PchトランジスタPTR13のゲートに接地レベル、つまりLレベルが入力され、PchトランジスタPTR13がONし、PchトランジスタPTR13を通して、電源電圧Vccでキャパシタ11が充電され、Vcc分の電荷量が蓄えられる(図6参照)。
また、反転信号CLKrがLレベルのとき、NchトランジスタNTR11のゲートおよびPchトランジスタPTR11のゲートにLレベルが入力されるので、NchトランジスタNTR12側がOFFし、PchトランジスタPTR11側がONする。
このとき、インバータ回路INV13の出力はLレベルからHレベルになるので、キャパシタC11にVccレベルの電圧が供給されて、ノードNV2の電位はほぼ2×Vccとなっており、このほぼ2×Vccレベルの信号がPchトランジスタPTR11を通って出力端OUTへ出力される(図6参照)。
以下、他の回路構成の2倍昇圧回路について図7を参照しつつ説明する。図7は2倍昇圧回路の構成を示す回路図である。なお、使用するクロック信号CLKの波高値(振幅)をVccとし、クロック信号CLKが入力端IN21に、クロック信号CLKの反転信号CLKrが入力端IN22に入力される。
ソースに電源電圧Vccが入力される、充電用のPchトランジスタPTR22がある。PchトランジスタPTR22の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR22のドレインに接続される。一端がPchトランジスタPTR22のドレインに接続され、他端が入力端IN21に接続されたキャパシタC21がある。
PchトランジスタPTR21の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR21のソースに接続される。
PchトランジスタPTR21のゲートとNchトランジスタNTR21のゲートとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV21の入力部)に入力端IN22が接続される。
PchトランジスタPTR21のドレインとNchトランジスタNTR21のドレインとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV21の出力部)に2倍昇圧回路の出力端OUTが接続されているとともに、接続点はPchトランジスタPTR22のゲートにも接続されている。
PchトランジスタPTR21のソースはキャパシタC21の一端に接続されている。
NchトランジスタNTR21のソースは接地されている。
クロック信号CLKがLレベルのとき、つまりその反転信号CLKrはHレベルのとき、NchトランジスタNTR21のゲートおよびPchトランジスタPTR21のゲートにHレベルが入力されるので、NchトランジスタNTR21側がONし、出力端OUTへ接地レベル、つまりLレベルが出力される。このとき、Pchトランジスタ22のゲートに接地レベル、つまりLレベルが入力され、PchトランジスタPTR22がONし、PchトランジスタPTR22を通して、電源電圧Vccでキャパシタ21が充電され、Vcc分の電荷量が蓄えられる。
このとき、キャパシタC21にVccレベルの電圧が供給されているため、ノードNV2の電位はほぼ2×Vccとなっており、このほぼ2×Vccレベルの信号がPchトランジスタPTR21を通って出力端OUTへ出力される。
以下、本発明のチャージポンプ回路に使用される3倍昇圧回路について図8を参照しつつ説明する。図8は3倍昇圧回路の構成を示す回路図である。なお、使用するクロック信号CLKの波高値(振幅)をVccとし、クロック信号CLKが入力端IN31,IN34に、クロック信号CLKの反転信号CLKrが入力端IN32,33に入力される。
ソースに電源電圧Vccが入力される、充電用のPchトランジスタPTR32がある。PchトランジスタPTR32の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR32のドレインに接続される。一端がPchトランジスタPTR32のドレインに接続され、他端が入力端IN31に接続されたキャパシタC31がある。
PchトランジスタPTR31の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR31のソースに接続される。
PchトランジスタPTR31のゲートとNchトランジスタNTR31のゲートとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV31の入力部)に入力端IN32が接続される。
PchトランジスタPTR31のドレインとNchトランジスタNTR31のドレインとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV31の出力部)に後述する次段のPchトランジスタPTR34のソースが接続されているとともに、接続点はPchトランジスタPTR32のゲートにも接続されている。
PchトランジスタPTR31のソースはキャパシタC31の一端に接続されている。
NchトランジスタNTR31のソースは接地されている。
PchトランジスタPTR32、キャパシタC31、インバータ回路INV31で、入力されるクロック信号を2×Vccの波高値(振幅)のクロック信号に昇圧する昇圧回路が構成されており、1段目の昇圧回路部と呼ぶ。
PchトランジスタPTR33の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR33のソースに接続される。
PchトランジスタPTR33のゲートとNchトランジスタNTR33のゲートとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV33の入力部)に入力端IN34が接続される。
PchトランジスタPTR33のドレインとNchトランジスタNTR33のドレインとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV33の出力部)に3倍昇圧回路の出力端OUTが接続されているとともに、接続点はPchトランジスタPTR34のゲートにも接続されている。
PchトランジスタPTR33のソースはキャパシタC32の一端に接続されている。
NchトランジスタNTR33のソースは接地されている。
PchトランジスタPTR34、キャパシタC32、インバータ回路INV33で、1段目の昇圧回路部で得られる波高値(振幅)が2×Vccのクロック信号を利用して、波高値(振幅)がVccの反転信号CLKrを3×Vccの波高値(振幅)のクロック信号に昇圧する昇圧回路部が構成されており、2段目の昇圧回路部と呼ぶ。
クロック信号CLKがLレベルのとき、つまりその反転信号CLKrがHレベルのとき、NchトランジスタNTR31のゲートおよびPchトランジスタPTR31のゲートにHレベルが入力されるので、NchトランジスタNTR31側がONし、インバータ回路INV31の出力は接地レベル、つまりLレベルとなり、接地レベルの信号がPchトランジスタPTR34のソースへ出力される。このとき、PchトランジスタPTR32のゲートに接地レベル、つまりLレベルが入力されるので、PchトランジスタPTR32がONし、PchトランジスタPTR32を通して、電源電圧VccでキャパシタC31が充電され、Vcc分の電荷量が蓄えられる(図9参照)。
このとき、キャパシタC31にVccレベルの電圧が供給されているため、ノードNV2の電位はほぼ2×Vccとなっており、このほぼ2×Vccレベルの信号がPchトランジスタPTR31を通って次段の昇圧回路部(2段目の昇圧回路部)のPchトランジスタPTR34のソースへ出力される(図9参照)。
このとき、キャパシタC32にVccレベルの電圧が供給されているため、ノードNV3の電位はほぼ3×Vccとなっており、このほぼ3×Vccレベルの信号がPchトランジスタPTR33を通って出力端OUTへ出力される(図9参照)。
以下、本発明のチャージポンプ回路に使用されるn倍昇圧回路について図10を参照しつつ説明する。図10はn倍昇圧回路の構成を示す回路図である。なお、使用されるクロック信号CLKの波高値(振幅)をVccとする。
図10のn倍昇圧回路は、図8の3倍昇圧回路を応用したものであり、図8の1段目の昇圧回路部、2段目の昇圧回路部、1段目の昇圧回路部、・・・と接続することによって構成される。
以下、他の3倍昇圧回路について図11を参照しつつ説明する。図11は3倍昇圧回路の構成を示す回路図である。なお、使用するクロック信号CLKの波高値(振幅)をVccとし、クロック信号CLKが入力端IN51に、クロック信号CLKの反転信号CLKrが入力端IN52,53に入力される。
ソースに電源電圧Vccが入力される、充電用のPchトランジスタPTR52がある。PchトランジスタPTR52の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR52のドレインに接続される。一端がPchトランジスタPTR52のドレインに接続され、他端が入力端IN51に接続されたキャパシタC41がある。
PchトランジスタPTR51の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR51のソースに接続される。
PchトランジスタPTR51のゲートとNchトランジスタNTR51のゲートとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV51の入力部)に入力端IN52が接続される。
PchトランジスタPTR51のドレインとNchトランジスタNTR51のドレインとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV51の出力部)に次段のキャパシタC42が接続されているとともに、接続点はPchトランジスタPTR52のゲートにも接続されている。
PchトランジスタPTR51のソースはキャパシタC41の一端に接続されている。
NchトランジスタNTR51のソースは接地されている。
PchトランジスタPTR52、キャパシタC41、インバータ回路INV51で、入力されるクロック信号CLKを2×Vccの波高値(振幅)のクロック信号に昇圧する昇圧回路が構成されており、1段目の昇圧回路部と呼ぶ。
PchトランジスタPTR53の基盤(N−Well)はPchトランジスタPTR53のソースに接続される。
PchトランジスタPTR53のゲートとNchトランジスタNTR53のゲートとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV53の入力部)に入力端IN53が接続される。
PchトランジスタPTR53のドレインとNchトランジスタNTR53のドレインとが接続されており、その接続点(インバータ回路INV53の出力部)に3倍昇圧回路の出力端OUTが接続されているとともに、接続点はPchトランジスタPTR54のゲートにも接続されている。
PchトランジスタPTR53のソースはキャパシタC42の一端に接続されている。
NchトランジスタNTR53のソースは接地されている。
PchトランジスタPTR54、キャパシタC42、インバータ回路INV53で、1段目の昇圧回路部で得られる波高値(振幅)が2×Vccのクロック信号を3×Vccの波高値(振幅)のクロック信号に昇圧する昇圧回路部が構成されており、2段目の昇圧回路部と呼ぶ。
クロック信号CLKがLレベルのとき、つまりその反転信号CLKrがHレベルのとき、NchトランジスタNTR51のゲートおよびPchトランジスタPTR51のゲートにHレベルが入力されるので、NchトランジスタNTR51側がONし、インバータ回路INV51の出力は接地レベル、つまりLレベルとなり、接地レベルの信号がキャパシタC42へ出力される。このとき、PchトランジスタPTR52のゲートに接地レベル、つまりLレベルが入力されるので、PchトランジスタPTR52がONし、PchトランジスタPTR52を通して、電源電圧Vccでキャパシタ41が充電され、Vcc分の電荷量が蓄えられる。
同じ期間で、2段目の昇圧回路部でも、NchトランジスタNTR53のゲートおよびPchトランジスタPTR53のゲートにHレベルが入力されるので、NchトランジスタNTR53側がONし、インバータ回路INV53の出力は接地レベル、つまりLレベルとなり、接地レベルの信号が出力端OUTへ出力される。このとき、Pchトランジスタ54のゲートに接地レベル、つまりLレベルが入力されるので、PchトランジスタPTR54がONし、PchトランジスタPTR54を通して、電源電圧Vccでキャパシタ42が充電され、Vcc分の電荷量が蓄えられる。
このとき、キャパシタC51にVccレベルの電圧が供給されているため、ノードNV2の電位はほぼ2×Vccとなっており、このほぼ2×Vccレベルの信号がPchトランジスタPTR51を通って次段の昇圧回路部(2段目の昇圧回路部)のキャパシタ42の他端へ出力される。
同じ期間で、2段目の昇圧回路部でも、NchトランジスタNTR53のゲートおよびPchトランジスタPTR53のゲートにLレベルが入力されるので、PchトランジスタPTR53側がONし、PchトランジスタPTR54のゲートにHレベルが入力され、PchトランジスタPTR54がOFFする。
このとき、キャパシタC42にほぼ2×Vccレベルの電圧が供給されているため、ノードNV3の電位はほぼ3×Vccとなっており、このほぼ3×Vccレベルの信号がPchトランジスタPTR53を通って3倍昇圧回路の出力端OUTへ出力される。
以下、他のn倍昇圧回路について図12を参照しつつ説明する。図12は3倍昇圧回路の構成を示す回路図である。なお、使用されるクロック信号CLKの波高値(振幅)をVccとする。
図12のn倍昇圧回路は、図11の3倍昇圧回路を応用したものであり、図11の1段目の昇圧回路部、2段目の昇圧回路部、2段目の昇圧回路部、2段目の昇圧回路部、・・・と接続することによって構成される。
図11の3倍昇圧回路と同様の仕組みによって、クロック信号CLKは、1クロックで、n×Vccの信号に昇圧されて、n倍昇圧回路から波高値(振幅)がn×Vccのクロック信号が出力される。
通常のPchトランジスタでは、基盤電位は常にチップ内の最高電位にしておく必要がある。なぜなら、基盤電位(N−Well電位)が順方向になると、トランジスタとしての動作ができなくなるからである。
従って、注意が必要となるのは、充電用のPchトランジスタ(PchトランジスタPTR13、PTR22、PTR32、PTR34、PTR52、PTR54)の基盤電位(N−Well電位)は中間ノード(ノードNV2、NV3)に接続されており、反転信号CLKrがHレベルに立ち上がって、充電用のPchトランジスタを介してVccで中間ノードを充電するときに一瞬の間、充電用のPchトランジスタの基盤電位(N−Well電位)が順バイアスになる可能性があるので、中間ノードの立下り波形がなるべくゆるく下がるように設定すること、および、充電用のPchトランジスタのレイアウトは、他のPchトランジスタとWellを分離孤立させて、順方向のバイアス電位になってもラッチアップが起こしにくいように工夫することが好ましい。
ここで、本発明の主旨は、主ポンプ用のクロック電圧PH1、PH2、PH1b、PH2bよりも、補助用ポンプのクロック電圧PH3a、PH4a、PH3b、PH4bの波高値(振幅)のほうが大きく設定することである。
PchトランジスタPTR61,PTR62の夫々の基盤(N−Well)は自身のソースに接続される。
NchトランジスタNTR61,NTR62の夫々のドレインにはPchトランジスタPTR61,PTR62のドレインが接続されている。PchトランジスタPTR62のドレインとNchトランジスタNTR62との接続点が出力端OUTに接続されている。
NchトランジスタNTR61,NTR62の夫々のソースは接地されている。
レベルシフタ回路の入力IN61に入力されるクロック信号CLKがLレベルのとき、NchトランジスタNTR61はOFFである。一方、NchトランジスタNTR62は、ゲートにインバータINV61のHレベルの出力が入力されるのでONとなる。従って、このレベルシフタの出力PH3aはLレベルとなり、PchトランジスタPTR61がONとなり、PchトランジスタPTR62がOFFとなる。
T21〜T2n N型電界効果トランジスタ(補助転送用)
C1〜Cn キャパシタ(主ポンプ用)
Cs1〜Csn キャパシタ(補助ポンプ用)
13,14 昇圧回路
PH1〜PH4 クロック電圧
PH3a,PH4a クロック電圧(昇圧後)
Claims (10)
- 順方向に直列接続された第1から第(n+1)(nは整数)の主転送用トランジスタと、
一端が前記第i(iは1からnの整数)の主転送用トランジスタのソースと前記第(i+1)の主転送用トランジスタのドレインの接続点に接続され、前記第1から第nの主転送用トランジスタに対応して設けられた第1から第nの主ポンプ用キャパシタと、
一端が前記第iの主転送用トランジスタのゲートに接続され、前記第1から第nの主転送用トランジスタに対応して設けられた第1から第nの補助ポンプ用キャパシタと、
を備えた4相クロック駆動チャージポンプ回路において、
前記第1、3、5、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第1のクロック電圧の波高値より、前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に入力される電圧の波高値が高くなるように第3のクロック電圧を昇圧して前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給する第1の昇圧回路と、
前記第2、4、6、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第2のクロック電圧の波高値より、前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に入力される電圧の波高値が高くなるように第4のクロック電圧を昇圧して前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給する第2の昇圧回路と、
を有し、
前記nが偶数の場合には、一端が前記第(n+1)の主転送用トランジスタのゲートに接続され、他端が前記第1の昇圧回路に接続されたキャパシタを更に有し、
前記nが奇数の場合には、一端が前記第(n+1)の主転送用トランジスタのゲートに接続され、他端が前記第2の昇圧回路に接続されたキャパシタをさらに有する
ことを特徴とする4相クロック駆動チャージポンプ回路。 - 前記第1から第4のクロック電圧の波高値が電源電圧Vccであって、
前記第1の昇圧回路は第3のクロック電圧の波高値をa(aは2以上の整数)倍に昇圧して、波高値がa×Vccであるクロック電圧を前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給し、
前記第2の昇圧回路は第4のクロック電圧の波高値をa倍に昇圧して、波高値がa×Vccであるクロック電圧を前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給することを特徴とする請求項1に記載の4相クロック駆動チャージポンプ回路。 - 前記aの値が2であることを特徴とする請求項2に記載の4相クロック駆動チャージポンプ回路。
- 順方向に直列接続された第1から第(n+1)(nは整数)の主転送用トランジスタと、
一端が前記第i(iは1からnの整数)の主転送用トランジスタのソースと前記第(i+1)の主転送用トランジスタのドレインの接続点に接続され、前記第1から第nの主転送用トランジスタに対応して設けられた第1から第nの主ポンプ用キャパシタと、
一端が前記第iの主転送用トランジスタのゲートに接続され、前記第1から第nの主転送用トランジスタに対応して設けられた第1から第nの補助ポンプ用キャパシタと、
を備えた4相クロック駆動チャージポンプ回路において、
前記第1、3、5、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第1のクロック電圧を昇圧して前記第1、3、5、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に供給する第1の主昇圧回路と、
前記第2、4、6、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第2のクロック電圧を昇圧して前記第2、4、6、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に供給する第2の主昇圧回路と、
前記第1、3、5、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第1のクロック電圧の波高値より、前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に入力される電圧の波高値が高くなるように第3のクロック電圧を昇圧して前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給する第1の補助昇圧回路と、
前記第2、4、6、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第2のクロック電圧の波高値より、前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に入力される電圧の波高値が高くなるように第4のクロック電圧を昇圧して前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給する第2の補助昇圧回路と、
を有し、
前記nが偶数の場合には、一端が前記第(n+1)の主転送用トランジスタのゲートに接続され、他端が前記第1の主昇圧回路に接続されたキャパシタを更に有し、
前記nが奇数の場合には、一端が前記第(n+1)の主転送用トランジスタのゲートに接続され、他端が前記第2の主昇圧回路に接続されたキャパシタをさらに有する
ことを特徴とする4相クロック駆動チャージポンプ回路。 - 前記第1から第4のクロック電圧の波高値が電源電圧Vccであって、
前記第1の主昇圧回路は第1のクロック電圧の波高値をb(bは2以上の整数)倍に昇圧して、波高値がb×Vccであるクロック電圧を前記第1、3、5、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に供給し、
前記第2の主昇圧回路は第2のクロック電圧の波高値をb倍に昇圧して、波高値がb×Vccであるクロック電圧を前記第2、4、6、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に供給し、
前記第1の補助昇圧回路は第3のクロック電圧の波高値をc(cは2以上の整数であって、bより大きい整数)倍に昇圧して、波高値がc×Vccであるクロック電圧を前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給し、
前記第2の補助昇圧回路は第4のクロック電圧の波高値をc倍に昇圧して、波高値がc×Vccであるクロック電圧を前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給することを特徴とする請求項4に記載の4相クロック駆動チャージポンプ回路。 - 前記cの値が(b+1)であることを特徴とする請求項5に記載の4相クロック駆動チャージポンプ回路。
- 前記bの値が2であることを特徴とする請求項6に記載の4相クロック駆動チャージポンプ回路。
- 前記キャパシタとして、前記第1から第nの補助ポンプ用キャパシタの容量より、容量の大きいキャパシタを用いる
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の4相クロック駆動チャージポンプ回路。 - ドレインが前記(n+1)の主転送用トランジスタのドレインに接続され、ソースが主転送用トランジスタのゲートに接続され、ゲートが主転送用トランジスタのソースに接続された補助転送用トランジスタを更に有する
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の4相クロック駆動チャージポンプ回路。 - 順方向に直列接続された第1から第(n+1)(nは整数)の主転送用トランジスタと、
一端が前記第i(iは1からnの整数)の主転送用トランジスタのソースと前記第(i+1)の主転送用トランジスタのドレインの接続点に接続され、前記第1から第nの主転送用トランジスタに対応して設けられた第1から第nの主ポンプ用キャパシタと、
一端が前記第iの主転送用トランジスタのゲートに接続され、前記第1から第nの主転送用トランジスタに対応して設けられた第1から第nの補助ポンプ用キャパシタと、
を備えた4相クロック駆動チャージポンプ回路において、
前記第1、3、5、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第1のクロック電圧の波高値より、前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に入力される電圧の波高値が高くなるように第3のクロック電圧を昇圧して前記第1、3、5、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給する第1の手段と、
前記第2、4、6、・・・の主ポンプ用キャパシタの他端に入力される第2のクロック電圧の波高値より、前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に入力される電圧の波高値が高くなるように第4のクロック電圧を昇圧して前記第2、4、6、・・・の補助ポンプ用キャパシタの他端に供給する第2の手段と、
を有し、
前記nが偶数の場合には、一端が前記第(n+1)の主転送用トランジスタのゲートに接続され、他端が前記第1の手段に接続されたキャパシタを更に有し、
前記nが奇数の場合には、一端が前記第(n+1)の主転送用トランジスタのゲートに接続され、他端が前記第2の手段に接続されたキャパシタをさらに有する
ことを特徴とする4相クロック駆動チャージポンプ回路。
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