JP6288225B2 - Charge pump - Google Patents

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Description

本発明は、電界効果トランジスターを介してキャパシター間の電荷の転送を行うことにより昇圧動作を行うチャージポンプに関する。   The present invention relates to a charge pump that performs a boosting operation by transferring charge between capacitors via a field effect transistor.

入力ノードおよび出力ノード間に直列接続された複数の転送用の金属−酸化膜−半導体構造の電界効果トランジスター(以下、MOSFET;Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、または、単にトランジスターと称する。)のON/OFF切り換えをクロックに同期して行うことにより、この複数の転送用トランジスターを用いて、複数のキャパシター間の電荷の転送を行わせ、昇圧結果である出力電圧を出力ノードに発生するチャージポンプが各種提供されている。この種のチャージポンプとして、高い出力電圧の得られるものを構成しようとすると、転送用トランジスターのON/OFFを制御するためのゲート電圧を発生するための手段として、高電圧を発生するレベルシフタを使用する必要がある。そこで、特許文献1は、ゲート電圧の供給先である転送用トランジスターをOFFさせるために、その転送用トランジスターの両側のノードのうち出力ノード側のノードの電圧をゲート電圧として出力するものを採用したチャージポンプを提案している。また、特許文献1は、ゲート電圧の供給先である転送用トランジスターをONさせるために出力するゲート電圧をクロックに応じて変化させ、転送用トランジスターのゲート酸化膜に過大な電圧が印加されるのを防止する技術を開示している。   ON / OFF of a plurality of transfer metal-oxide-semiconductor field effect transistors (hereinafter referred to as MOSFET; Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor or simply referred to as a transistor) connected in series between an input node and an output node. By performing OFF switching in synchronization with the clock, various charge pumps are used to transfer charges between a plurality of capacitors using the plurality of transfer transistors and generate an output voltage as a boost result at an output node. Is provided. As a charge pump of this type, when trying to construct a high output voltage, a level shifter that generates a high voltage is used as a means for generating a gate voltage for controlling ON / OFF of the transfer transistor. There is a need to. Therefore, in Patent Document 1, in order to turn off the transfer transistor to which the gate voltage is supplied, the one that outputs the voltage of the node on the output node side as the gate voltage among the nodes on both sides of the transfer transistor is adopted. A charge pump is proposed. In Patent Document 1, the gate voltage output for turning on the transfer transistor to which the gate voltage is supplied is changed according to the clock, and an excessive voltage is applied to the gate oxide film of the transfer transistor. A technique for preventing this is disclosed.

特開2002−305871号公報JP 2002-305881 A

上述した特許文献1に開示された技術によれば、転送用トランジスターのゲート酸化膜に過大な電圧が印加されるのを防止することができる。しかしながら、転送用トランジスターにゲート電圧を供給するレベルシフタに高い電源電圧を与える必要があるため、このレベルシフタを構成するトランジスターのゲート酸化膜に大きな電圧が加わる。このため、チャージポンプを構成するのに高耐圧のトランジスターを用いる必要があり、コスト高を招いていた。   According to the technique disclosed in Patent Document 1 described above, it is possible to prevent an excessive voltage from being applied to the gate oxide film of the transfer transistor. However, since it is necessary to apply a high power supply voltage to the level shifter that supplies the gate voltage to the transfer transistor, a large voltage is applied to the gate oxide film of the transistor that constitutes the level shifter. For this reason, it is necessary to use a high-breakdown-voltage transistor to configure the charge pump, resulting in high costs.

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、低耐圧のトランジスターにより構成することが可能なチャージポンプを提供するなどを解決課題とする。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the invention is to provide a charge pump that can be configured by a low breakdown voltage transistor.

上述した課題を解決するため、本発明に係るチャージポンプは、昇圧対象である入力電圧が与えられる入力ノードと、昇圧結果である出力電圧が発生する出力ノードと、前記入力ノードと前記出力ノードとの間に直列接続された複数の転送用MOSFETと、第1の電極と第2の電極とを備え、前記転送用MOSFETの両側のノードのうち前記出力ノード側のノードである転送先ノードに前記第1の電極が電気的に接続されたキャパシターと、前記複数の転送用MOSFETのうち一つの転送用MOSFETのゲートに電気的に接続され、前記一つの転送用MOSFETをON/OFFに切り換えるようにゲート電圧を出力するレベルシフタと、前記複数の転送用MOSFETのうち前記入力ノードから数えて偶数番目の転送用MOSFETのみをONにする第1の制御と、前記入力ノードから数えて奇数番目の転送用MOSFETのみをONにする第2の制御を交互に繰り返し、前記第1および第2の制御において、前記複数の転送用MOSFETのうちONにする転送用MOSFETの前記出力ノード側のノードに電気的に接続されたキャパシターの前記第2の電極を第1の基準電圧源に電気的に接続し、前記入力ノード側のノードに第1の電極が接続されたキャパシターの第2の電極を前記第1の基準電圧源と異なる電圧を発生する第2の基準電圧源に電気的に接続するスイッチング制御手段とを備え、前記レベルシフタは、前記転送先ノードにソースが電気的に接続された第1の導電型の第1のMOSFETと、前記転送先ノードにソースが電気的に接続され、ゲートが前記第1のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ドレインが前記第1のMOSFETのゲートに電気的に接続された第1の導電型の第2のMOSFETと、ソースが前記第1の基準電圧源に電気的に接続され、第2の導電型の第3のMOSFETと、ソースが前記第1の基準電圧源に電気的に接続され、第2の導電型の第4のMOSFETと、前記第3のMOSFETと前記第4のMOSFETとは排他的にONされ、クランプ用MOSFETとして、前記第1のMOSFETのドレインにソースが電気的に接続され、ゲートに第1のクランプ電圧が与えられる第1の導電型の第5のMOSFETと、前記第2のMOSFETのドレインにソースが電気的に接続され、ゲートに前記第1のクランプ電圧が与えられる第1の導電型の第6のMOSFETと、ソースが前記第3のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ドレインが前記第5のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ゲートに第2のクランプ電圧が与えられる第2の導電型の第7のMOSFETと、ソースが前記第4のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ドレインが前記第6のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ゲートに前記第2のクランプ電圧が与えられる第2の導電型の第8のMOSFETとを有し、前記転送先ノードに第1の電極が電気的に接続されたキャパシターの第2の電極の電圧を前記第1のクランプ電圧と前記第1のMOSFET又は前記第2のMOSFETのドレイン電圧に基づいて、前記ゲート電圧を前記一つの転送用MOSFETのゲートに出力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a charge pump according to the present invention includes an input node to which an input voltage to be boosted is applied, an output node that generates an output voltage that is a boost result, the input node, and the output node. A plurality of transfer MOSFETs connected in series between each other, a first electrode and a second electrode, and a transfer destination node which is a node on the output node side among nodes on both sides of the transfer MOSFET and a capacitor in which the first electrode is electrically connected, are electrically connected to the gate of one of the transfer MOSFET of the prior SL plurality of transfer MOSFET, to switch the one of the transfer MOSFET to oN / OFF A level shifter that outputs a gate voltage to the first transfer MOSFE and an even-numbered transfer MOSFE counted from the input node among the plurality of transfer MOSFETs In the first and second controls, the first control for turning on only the first control and the second control for turning on only the odd-numbered transfer MOSFETs counted from the input node are alternately repeated. The second electrode of the capacitor electrically connected to the node on the output node side of the transfer MOSFET to be turned on among the transfer MOSFETs is electrically connected to the first reference voltage source, and the input node side Switching control means for electrically connecting the second electrode of the capacitor having the first electrode connected to the node of the first reference voltage source to a second reference voltage source that generates a voltage different from the first reference voltage source; The level shifter includes: a first conductivity type first MOSFET whose source is electrically connected to the transfer destination node; a source electrically connected to the transfer destination node; Serial to the drain of the first MOSFET is electrically connected to a first conductivity type second MOSFET of the drain is electrically connected to the gate of said first MOSFET, the source is the first reference voltage A third MOSFET of the second conductivity type electrically connected to the source, and a fourth MOSFET of the second conductivity type electrically connected to the first reference voltage source with the source electrically connected to the first reference voltage source, The third MOSFET and the fourth MOSFET are exclusively turned on, and as a clamp MOSFET, the source is electrically connected to the drain of the first MOSFET, and the first clamp voltage is applied to the gate. A fifth MOSFET of the first conductivity type, and a sixth of the first conductivity type in which the source is electrically connected to the drain of the second MOSFET and the first clamp voltage is applied to the gate. A second conductive layer having a source electrically connected to the drain of the third MOSFET, a drain electrically connected to the drain of the fifth MOSFET, and a second clamp voltage applied to the gate. The seventh MOSFET of the type, the source is electrically connected to the drain of the fourth MOSFET, the drain is electrically connected to the drain of the sixth MOSFET, and the second clamp voltage is applied to the gate second and a conductivity type eighth MOSFET of the first electrode and electrically connected to said first clamp voltage to the voltage of the second electrode of the capacitor to the transfer destination node to be, based on the drain voltage of the first MOSFET or the second MOSFET, this outputs the gate voltage to the gate of the one of the transfer MOSFET The features.

かかる発明によれば、クランプ用MOSFETにより、レベルシフタを構成する各MOSFETに印加される電圧が所定電圧以下に抑えられるので、レベルシフタを含めて、チャージポンプを構成するMOSFETを低耐圧のMOSFETにより構成することができる。   According to this invention, the voltage applied to each MOSFET constituting the level shifter is suppressed to a predetermined voltage or less by the clamping MOSFET. Therefore, the MOSFET constituting the charge pump including the level shifter is constituted by the low breakdown voltage MOSFET. be able to.

好ましい態様において、前記レベルシフタは、前記第2の基準電圧源の電圧を前記第2のクランプ電圧とする。
この態様によれば、第3および第4のMOSFETのソース−ドレイン間電圧を前記第2の基準電圧源の電圧以下に抑えることができる。
In a preferred aspect, the level shifter uses the voltage of the second reference voltage source as the second clamp voltage.
According to this aspect, the source-drain voltage of the third and fourth MOSFETs can be suppressed to be equal to or lower than the voltage of the second reference voltage source.

好ましい態様において、前記第1の基準電圧源は低電位電圧源、前記第2の基準電圧源は高電位電圧源であり、前記第1の導電型はP型、前記第2の導電型はN型である。   In a preferred embodiment, the first reference voltage source is a low potential voltage source, the second reference voltage source is a high potential voltage source, the first conductivity type is P type, and the second conductivity type is N. It is a type.

また、他の好ましい態様において、前記第1の基準電圧源は高電位電圧源、前記第2の基準電圧源は低電位電圧源であり、前記第1の導電型はN型、前記第2の導電型はP型である。   In another preferred embodiment, the first reference voltage source is a high potential voltage source, the second reference voltage source is a low potential voltage source, the first conductivity type is N-type, and the second The conductivity type is P-type.

好ましい態様において、前記転送用MOSFETは、P型半導体基板に形成されたNウェルに形成されたPチャネルMOSFETであり、前記Nウェルとソースとが電気的に接続されており、この接続点が当該転送用MOSFETの前記出力ノード側の前記転送先ノードをなす。   In a preferred aspect, the transfer MOSFET is a P-channel MOSFET formed in an N well formed in a P-type semiconductor substrate, and the N well and the source are electrically connected, and the connection point is The transfer destination node on the output node side of the transfer MOSFET is formed.

また、他の好ましい態様において、前記転送用MOSFETは、N型半導体基板に形成されたPウェルに形成されたNチャネルMOSFETであり、前記Pウェルとソースとが電気的に接続されており、この接続点が当該転送用MOSFETの前記出力ノード側の転送先ノードをなす。   In another preferred embodiment, the transfer MOSFET is an N-channel MOSFET formed in a P well formed in an N-type semiconductor substrate, and the P well and the source are electrically connected. The connection point forms a transfer destination node on the output node side of the transfer MOSFET.

この発明の第1実施形態であるチャージポンプの構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump according to a first embodiment of the present invention. 同チャージポンプの各部の波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the waveform of each part of the charge pump. 同チャージポンプのフェーズAにおける状態、フェーズBにおける状態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the state in the phase A of the same charge pump, and the state in the phase B. 同チャージポンプにおけるレベルシフタの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the level shifter in the same charge pump. 同レベルシフタの動作を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows operation | movement of the same level shifter. この発明の第2実施形態であるチャージポンプの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the charge pump which is 2nd Embodiment of this invention. 同チャージポンプにおけるレベルシフタの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the level shifter in the same charge pump. 同チャージポンプの各部の波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the waveform of each part of the charge pump. この発明によるチャージポンプの適用対象であるプリンタ駆動回路の構成を例示する回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a printer drive circuit to which a charge pump according to the present invention is applied. FIG.

<第1実施形態>
図1は、この発明の第1実施形態であるチャージポンプの構成を示す回路図である。図1において、PチャネルトランジスターM1、M2およびM3は、複数のキャパシター間の電荷転送のための転送用MOSFETであり、入力ノードN1と出力ノードN2との間に直列接続されている。ここで、出力ノードN2と第1の基準電圧源である接地との間には負荷とキャパシターCbが並列に介挿されている。また、入力ノードN1には、昇圧対象の入力電圧として第2の基準電圧源である高電位電圧源VDDの出力電圧が与えられる。PチャネルトランジスターM1、M2およびM3は、P型半導体基板に別個に形成された3個のNウェル(低濃度N型不純物領域)内に形成されている。PチャネルトランジスターM1のドレインは入力ノードN1に電気的に接続され、PチャネルトランジスターM1のソースおよびPチャネルトランジスターM1が属するNウェルはPチャネルトランジスターM2のドレインに電気的に接続されている。また、PチャネルトランジスターM2のソースおよびPチャネルトランジスターM2が属するNウェルはPチャネルトランジスターM3のドレインに電気的に接続されている。そして、PチャネルトランジスターM3のソースおよびPチャネルトランジスターM3が属するNウェルは出力ノードN2に電気的に接続されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, P-channel transistors M1, M2, and M3 are transfer MOSFETs for transferring charges between a plurality of capacitors, and are connected in series between an input node N1 and an output node N2. Here, a load and a capacitor Cb are interposed in parallel between the output node N2 and the ground which is the first reference voltage source. The input node N1 is supplied with the output voltage of the high potential voltage source VDD, which is the second reference voltage source, as the input voltage to be boosted. P-channel transistors M1, M2 and M3 are formed in three N wells (low-concentration N-type impurity regions) separately formed on a P-type semiconductor substrate. The drain of the P channel transistor M1 is electrically connected to the input node N1, and the source of the P channel transistor M1 and the N well to which the P channel transistor M1 belongs are electrically connected to the drain of the P channel transistor M2. The source of the P channel transistor M2 and the N well to which the P channel transistor M2 belongs are electrically connected to the drain of the P channel transistor M3. The source of the P channel transistor M3 and the N well to which the P channel transistor M3 belongs are electrically connected to the output node N2.

PチャネルトランジスターM1およびM2間のノードN12(より具体的にはPチャネルトランジスターM1のソースおよびNウェルとPチャネルトランジスターM2のドレインとの接続点)にはキャパシターCf1の第1の電極が電気的に接続されている。また、PチャネルトランジスターM2およびM3間のノード23(より具体的にはPチャネルトランジスターM2のソースおよびNウェルとPチャネルトランジスターM3のドレインとの接続点)にはキャパシターCf2の第1の電極が電気的に接続されている。   A first electrode of the capacitor Cf1 is electrically connected to a node N12 between the P-channel transistors M1 and M2 (more specifically, a connection point between the source and N well of the P-channel transistor M1 and the drain of the P-channel transistor M2). It is connected. The first electrode of the capacitor Cf2 is electrically connected to the node 23 between the P-channel transistors M2 and M3 (more specifically, the connection point between the source and N well of the P-channel transistor M2 and the drain of the P-channel transistor M3). Connected.

VDD系回路10とレベルシフタ部20は、周期的なクロックfswに同期して、転送用のPチャネルトランジスターM1、M2およびM3のうち入力ノードN1から数えて偶数番目のトランジスター(すなわち、PチャネルトランジスターM2)のみをONにする第1の制御(以下、フェーズAという)と、入力ノードN1から数えて奇数番目のトランジスターのみをONにする第2の制御(以下、フェーズBという)を交互に繰り返すスイッチング制御手段を構成している。このスイッチング制御手段は、フェーズAおよびBでは、複数のキャパシターCf1およびCf2の一部のキャパシターであって、ONにする転送用のトランジスターの両側のノードのうち出力ノードN2側のノードに第1の電極が接続されたキャパシターの第2の電極を第1の基準電圧源である接地に電気的に接続し、入力ノードN1側のノードに第1の電極が接続されたキャパシターの第2の電極を第2の基準電圧源である高電位電圧源VDDに電気的に接続する。   The VDD system circuit 10 and the level shifter unit 20 synchronize with the periodic clock fsw, and the even-numbered transistors (that is, the P-channel transistor M2) counted from the input node N1 among the transfer P-channel transistors M1, M2, and M3. ) That switches only the first transistor (hereinafter referred to as phase A) and the second control (hereinafter referred to as phase B) that turns on only the odd-numbered transistors counted from the input node N1 alternately. It constitutes a control means. In the phases A and B, the switching control means is a partial capacitor of the plurality of capacitors Cf1 and Cf2, and the first node is connected to the node on the output node N2 side among the nodes on both sides of the transfer transistor to be turned on. The second electrode of the capacitor to which the electrode is connected is electrically connected to the ground which is the first reference voltage source, and the second electrode of the capacitor to which the first electrode is connected to the node on the input node N1 side It is electrically connected to a high potential voltage source VDD which is a second reference voltage source.

以下、このスイッチング制御手段の構成について説明する。VDD系回路10は、制御部15と、ノンインバーティングバッファー11および13と、インバーター12および14と、NチャネルトランジスターML1およびPチャネルトランジスターML2からなるインバーターと、NチャネルトランジスターML3およびPチャネルトランジスターML4からなるインバーターとを有する。このVDD系回路10を構成する各回路には高電位電圧源VDDからの電源電圧が供給される。   Hereinafter, the configuration of the switching control means will be described. The VDD circuit 10 includes a control unit 15, non-inverting buffers 11 and 13, inverters 12 and 14, an inverter including an N-channel transistor ML1 and a P-channel transistor ML2, an N-channel transistor ML3, and a P-channel transistor ML4. And having an inverter. A power supply voltage from the high potential voltage source VDD is supplied to each circuit constituting the VDD system circuit 10.

制御部15は、クロックfswと同一論理の信号Aと、クロックfswを論理反転した信号Bを出力する。ノンインバーティングバッファー11は信号Aをそのままの論理でNチャネルトランジスターML1のゲートに供給し、インバーター12は信号Bを論理反転した信号XBをPチャネルトランジスターML2のゲートに供給する。また、ノンインバーティングバッファー13は信号Bをそのままの論理でNチャネルトランジスターML3のゲートに供給し、インバーター14は信号Aを論理反転した信号XAをPチャネルトランジスターML4のゲートに供給する。そして、NチャネルトランジスターML1およびPチャネルトランジスターML2からなるインバーターは、キャパシターCf2の第2の電極に対して出力電圧CP3を供給する。また、NチャネルトランジスターML3およびPチャネルトランジスターML4からなるインバーターは、キャパシターCf1の第2の電極に対して出力電圧CP1を供給する。   The control unit 15 outputs a signal A having the same logic as that of the clock fsw and a signal B obtained by logically inverting the clock fsw. The non-inverting buffer 11 supplies the signal A to the gate of the N-channel transistor ML1 as it is, and the inverter 12 supplies the signal XB obtained by logically inverting the signal B to the gate of the P-channel transistor ML2. The non-inverting buffer 13 supplies the signal B to the gate of the N-channel transistor ML3 as it is, and the inverter 14 supplies the signal XA obtained by logically inverting the signal A to the gate of the P-channel transistor ML4. An inverter including the N-channel transistor ML1 and the P-channel transistor ML2 supplies the output voltage CP3 to the second electrode of the capacitor Cf2. Further, the inverter composed of the N-channel transistor ML3 and the P-channel transistor ML4 supplies the output voltage CP1 to the second electrode of the capacitor Cf1.

レベルシフタ部20は、レベルシフタS1、S2およびS3により構成されている。ここで、レベルシフタS1は、信号Bのレベルシフトを行うことにより、PチャネルトランジスターM1に対するゲート電圧H_XB1を出力する回路である。また、レベルシフタS2は、信号Aのレベルシフトを行うことにより、PチャネルトランジスターM2に対するゲート電圧H_XAを出力する回路である。また、レベルシフタS3は、信号Bのレベルシフトを行うことにより、PチャネルトランジスターM3に対するゲート電圧H_XB2を出力する回路である。   The level shifter unit 20 includes level shifters S1, S2, and S3. Here, the level shifter S1 is a circuit that outputs a gate voltage H_XB1 for the P-channel transistor M1 by performing a level shift of the signal B. The level shifter S2 is a circuit that outputs a gate voltage H_XA for the P-channel transistor M2 by performing a level shift of the signal A. The level shifter S3 is a circuit that outputs a gate voltage H_XB2 for the P-channel transistor M3 by performing a level shift of the signal B.

これらのレベルシフタS1、S2およびS3は、同じ回路構成のレベルシフタである。これらのレベルシフタは、高電位電源ノード、低電位電源ノード(接地ノード)およびクランプ電圧ノードを有している。そして、これらのレベルシフタは、入力信号がLレベル(=0V)である場合、高電位電源ノードに与えられる電圧を出力し、入力信号がHレベル(=VDD)である場合、クランプ電圧ノードの電圧によりクランプされた電圧を出力する。   These level shifters S1, S2 and S3 are level shifters having the same circuit configuration. These level shifters have a high potential power supply node, a low potential power supply node (ground node), and a clamp voltage node. These level shifters output a voltage applied to the high potential power supply node when the input signal is at the L level (= 0V), and when the input signal is at the H level (= VDD), the voltage at the clamp voltage node. The voltage clamped by is output.

図1において、レベルシフタS1、S2およびS3の低電位電源ノードは、図示が省略されているが、いずれも第1の基準電圧源である接地に電気的に接地されている。また、レベルシフタS1は、PチャネルトランジスターM1およびM2間のノードN12の電圧CP2が高電位電源ノードに与えられ、接地(=0V)がクランプ電圧ノードに与えられる。従って、レベルシフタS1は、入力信号BがLレベルである場合にPチャネルトランジスターM1およびM2間のノードN12の電圧CP2をPチャネルトランジスターM1のゲートに供給する。また、レベルシフタS1は、入力信号BがHレベルである場合にクランプ電圧ノードの電圧0Vにクランプされた電圧をPチャネルトランジスターM1のゲートに供給する。   In FIG. 1, the low-potential power supply nodes of the level shifters S1, S2 and S3 are not shown, but are all electrically grounded to the ground which is the first reference voltage source. In the level shifter S1, the voltage CP2 of the node N12 between the P-channel transistors M1 and M2 is applied to the high potential power supply node, and the ground (= 0 V) is applied to the clamp voltage node. Accordingly, the level shifter S1 supplies the voltage CP2 of the node N12 between the P-channel transistors M1 and M2 to the gate of the P-channel transistor M1 when the input signal B is at the L level. The level shifter S1 supplies the voltage clamped at the voltage 0V at the clamp voltage node to the gate of the P-channel transistor M1 when the input signal B is at the H level.

また、レベルシフタS2は、PチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23の電圧CP4が高電位電源ノードに与えられ、キャパシターCf2の第2の電極の電圧CP3がクランプ電圧ノードに与えられる。従って、レベルシフタS2は、入力信号AがLレベルである場合にPチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23の電圧CP4をPチャネルトランジスターM2のゲートに供給する。また、レベルシフタS2は、入力信号AがLレベルである場合にクランプ電圧ノードの電圧CP3によりクランプされた電圧をPチャネルトランジスターM2のゲートに供給する。   In the level shifter S2, the voltage CP4 of the node N23 between the P-channel transistors M2 and M3 is applied to the high potential power supply node, and the voltage CP3 of the second electrode of the capacitor Cf2 is applied to the clamp voltage node. Therefore, the level shifter S2 supplies the voltage CP4 of the node N23 between the P channel transistors M2 and M3 to the gate of the P channel transistor M2 when the input signal A is at the L level. The level shifter S2 supplies the voltage clamped by the voltage CP3 at the clamp voltage node to the gate of the P-channel transistor M2 when the input signal A is at the L level.

また、レベルシフタS3は、出力ノードN2の電圧VCPが高電位電源ノードに与えられ、高電位電圧源VDDからの電源電圧がクランプ電圧ノードに与えられる。従って、レベルシフタS3は、入力信号BがLレベルである場合に出力ノードN2の電圧VCPをPチャネルトランジスターM3のゲートに供給する。また、レベルシフタS3は、入力信号BがHレベルである場合にクランプ電圧ノードの電圧VDDによりクランプされた電圧をPチャネルトランジスターM3のゲートに供給する。
以上が本実施形態によるチャージポンプの構成である。
In the level shifter S3, the voltage VCP of the output node N2 is applied to the high potential power supply node, and the power supply voltage from the high potential voltage source VDD is applied to the clamp voltage node. Accordingly, the level shifter S3 supplies the voltage VCP of the output node N2 to the gate of the P-channel transistor M3 when the input signal B is at the L level. The level shifter S3 supplies the voltage clamped by the voltage VDD at the clamp voltage node to the gate of the P-channel transistor M3 when the input signal B is at the H level.
The above is the configuration of the charge pump according to the present embodiment.

図2は本実施形態によるチャージポンプの各部の波形を示すタイムチャートである。図2に示すように、クロックfswは、Hレベル(=VDD)とLレベル(=0V)を周期的かつ交互に繰り返す。ここで、クロックfswがHレベル(=VDD)の場合、信号AはHレベル、信号BはLレベル、信号XAはLレベル、信号XBはHレベルとなり、チャージポンプはフェーズAでの動作を行う。一方、クロックfswがLレベル(=0V)の場合、信号AはLレベル、信号BはHレベル、信号XAはHレベル、信号XBはLレベルとなり、チャージポンプはフェーズBでの動作を行う。   FIG. 2 is a time chart showing waveforms of respective parts of the charge pump according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the clock fsw repeats the H level (= VDD) and the L level (= 0V) periodically and alternately. Here, when the clock fsw is at the H level (= VDD), the signal A is at the H level, the signal B is at the L level, the signal XA is at the L level, and the signal XB is at the H level, and the charge pump performs the operation in the phase A. . On the other hand, when the clock fsw is at L level (= 0V), the signal A is at L level, the signal B is at H level, the signal XA is at H level, the signal XB is at L level, and the charge pump operates in phase B.

図3(A)はフェーズAにおけるチャージポンプの各部の状態を示す回路図である。また、図3(B)はフェーズBにおけるチャージポンプの各部の状態を示す回路図である。   FIG. 3A is a circuit diagram showing the state of each part of the charge pump in phase A. FIG. 3B is a circuit diagram showing the state of each part of the charge pump in phase B.

まず、フェーズBでは、信号BがHレベル(VDD)となることから、レベルシフタS1はゲート電圧H_XB1としてクランプ電圧0Vによりクランプされた電圧を出力し、PチャネルトランジスターM1をONさせる。また、信号AがLレベル(0V)であることから、レベルシフタS3はゲート電圧H_XB2としてクランプ電圧VDDによりクランプされた電圧を出力する。ここで、フェーズBでは、後述するように出力ノードN2に電圧3VDDが出力される。従って、PチャネルトランジスターM3はONとなる。また、フェーズBでは、信号AがLレベル、信号XBがLレベルとなることから、NチャネルトランジスターML1がOFF、PチャネルトランジスターML2がONとなり、キャパシターCf2の第2の電極の電圧CP3がVDDになる。そして、信号AがLレベルであることから、レベルシフタS2はゲート電圧H_XAとしてPチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23の電圧CP4を出力し、PチャネルトランジスターM2をOFFさせる。   First, in phase B, since the signal B becomes H level (VDD), the level shifter S1 outputs a voltage clamped by the clamp voltage 0V as the gate voltage H_XB1, and turns on the P-channel transistor M1. Further, since the signal A is at the L level (0 V), the level shifter S3 outputs a voltage clamped by the clamp voltage VDD as the gate voltage H_XB2. Here, in phase B, the voltage 3VDD is output to the output node N2, as will be described later. Therefore, the P-channel transistor M3 is turned on. In phase B, since the signal A is L level and the signal XB is L level, the N-channel transistor ML1 is OFF and the P-channel transistor ML2 is ON, and the voltage CP3 of the second electrode of the capacitor Cf2 becomes VDD. Become. Since the signal A is at the L level, the level shifter S2 outputs the voltage CP4 of the node N23 between the P-channel transistors M2 and M3 as the gate voltage H_XA, and turns off the P-channel transistor M2.

一方、フェーズBでは、信号BがHレベル、信号XAがHレベルとなることから、NチャネルトランジスターML3がON、PチャネルトランジスターML4がOFFとなり、キャパシターCf1の第2の電極の電圧CP1が0Vになる。   On the other hand, in phase B, since the signal B becomes H level and the signal XA becomes H level, the N-channel transistor ML3 is turned ON, the P-channel transistor ML4 is turned OFF, and the voltage CP1 of the second electrode of the capacitor Cf1 becomes 0V. Become.

この結果、フェーズBでは、図3(B)に示すように、入力ノードN1→PチャネルトランジスターM1→キャパシターCf1→NチャネルトランジスターML3→接地という経路を電流が流れ、電圧VDDがキャパシターCf1に充電される。また、フェーズBでは、高電位電圧源VDD→PチャネルトランジスターML2→キャパシターCf2→PチャネルトランジスターM3→出力ノードN2という経路を電流が流れ、フェーズBになる直前にキャパシターCf2に充電されていた電圧と電圧VDDとを加算した電圧が出力ノードN2に出力される。   As a result, in the phase B, as shown in FIG. 3B, a current flows through the path of the input node N1 → P channel transistor M1 → capacitor Cf1 → N channel transistor ML3 → ground, and the voltage VDD is charged in the capacitor Cf1. The In the phase B, a current flows through a path of the high potential voltage source VDD → P channel transistor ML2 → capacitor Cf2 → P channel transistor M3 → output node N2, and the voltage charged in the capacitor Cf2 immediately before the phase B is reached. A voltage obtained by adding the voltage VDD is output to the output node N2.

次にフェーズAでは、信号BがLレベルとなることから、レベルシフタS1はゲート電圧H_XB1としてPチャネルトランジスターM1およびM2間のノードN12の電圧CP2を出力し、PチャネルトランジスターM1をOFFさせる。また、レベルシフタS3はゲート電圧H_XB2として出力ノードN2の電圧VCPを出力し、PチャネルトランジスターM3をOFFさせる。また、フェーズAでは、信号AがHレベル、信号XBがHレベルとなることから、NチャネルトランジスターML1がON、PチャネルトランジスターML2がOFFとなり、キャパシターCf2の第2の電極の電圧CP3が0Vになる。そして、信号AがHレベルであるため、レベルシフタS2は、クランプ電圧CP3=0Vによりクランプされたゲート電圧H_XAを出力し、PチャネルトランジスターM2をONさせる。   Next, in phase A, since the signal B becomes L level, the level shifter S1 outputs the voltage CP2 of the node N12 between the P-channel transistors M1 and M2 as the gate voltage H_XB1, and turns off the P-channel transistor M1. Further, the level shifter S3 outputs the voltage VCP of the output node N2 as the gate voltage H_XB2, and turns off the P-channel transistor M3. In phase A, since the signal A is H level and the signal XB is H level, the N-channel transistor ML1 is ON, the P-channel transistor ML2 is OFF, and the voltage CP3 of the second electrode of the capacitor Cf2 is 0V. Become. Since the signal A is at the H level, the level shifter S2 outputs the gate voltage H_XA clamped with the clamp voltage CP3 = 0V, and turns on the P-channel transistor M2.

一方、フェーズAでは、信号BがLレベル、信号XAがLレベルとなることから、NチャネルトランジスターML3がOFF、PチャネルトランジスターML4がON、キャパシターCf1の第2の電極の電圧CP1がVDDになる。   On the other hand, in phase A, since the signal B is L level and the signal XA is L level, the N channel transistor ML3 is OFF, the P channel transistor ML4 is ON, and the voltage CP1 of the second electrode of the capacitor Cf1 is VDD. .

この結果、フェーズAでは、図3(A)に示すように、高電位電圧源VDD→PチャネルトランジスターML4→キャパシターCf1→PチャネルトランジスターM2→キャパシターCf2→NチャネルトランジスターML1→接地という経路を電流が流れ、フェーズAになる直前にキャパシターCf1に充電されていた電圧と電圧VDDとを加算した電圧がPチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23に出力され、この電圧がキャパシターCf2に充電される。   As a result, in phase A, as shown in FIG. 3A, the current flows through the path of the high potential voltage source VDD → P channel transistor ML4 → capacitor Cf1 → P channel transistor M2 → capacitor Cf2 → N channel transistor ML1 → ground. A voltage obtained by adding the voltage charged to the capacitor Cf1 and the voltage VDD immediately before phase A is output to the node N23 between the P-channel transistors M2 and M3, and this voltage is charged to the capacitor Cf2.

ここで、図3(B)を参照して説明したように、フェーズBでは、電圧VDDがキャパシターCf1に充電される。従って、フェーズBの直後のフェーズAにおいて、PチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23の電圧(すなわち、キャパシターCf2の第1の電極の電圧CP4)はVDD+VDD=2VDDとなる。   Here, as described with reference to FIG. 3B, in phase B, the voltage VDD is charged in the capacitor Cf1. Accordingly, in the phase A immediately after the phase B, the voltage of the node N23 between the P-channel transistors M2 and M3 (that is, the voltage CP4 of the first electrode of the capacitor Cf2) is VDD + VDD = 2VDD.

そして、フェーズAの後のフェーズBにおいて、電圧VDDにキャパシターCf2の充電電圧を加算した電圧がPチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23に出力され、この電圧が出力ノードN2に出力される。ここで、フェーズAでは、キャパシターCf2に電圧2VDDが充電される。従って、フェーズBにおいて、PチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23の電圧(すなわち、キャパシターCf2の第1の電極の電圧CP4)はVDD+2VDD=3VDDとなる。   In phase B after phase A, a voltage obtained by adding the charging voltage of capacitor Cf2 to voltage VDD is output to node N23 between P-channel transistors M2 and M3, and this voltage is output to output node N2. Here, in phase A, the voltage 2VDD is charged in the capacitor Cf2. Therefore, in the phase B, the voltage of the node N23 between the P-channel transistors M2 and M3 (that is, the voltage CP4 of the first electrode of the capacitor Cf2) is VDD + 2VDD = 3VDD.

図4はPチャネルトランジスターM2にゲート電圧H_XAを供給するレベルシフタS2の構成例を示す回路図である。図4に示すように、レベルシフタS2は、差動増幅部21とバッファー部22とにより構成されている。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the level shifter S2 for supplying the gate voltage H_XA to the P-channel transistor M2. As shown in FIG. 4, the level shifter S <b> 2 includes a differential amplification unit 21 and a buffer unit 22.

差動増幅部21において、PチャネルトランジスターM23およびM24は、PチャネルトランジスターM2の両側のノードのうち出力ノードN2側のノードである転送先ノード(すなわち、PチャネルトランジスターM2およびM3間のノードN23)にソースが電気的に接続されている。また、PチャネルトランジスターM23のドレインがPチャネルトランジスターM24のゲートに電気的に接続されている。一方、PチャネルトランジスターM24のドレインがPチャネルトランジスターM23のゲートに電気的に接続されている。ここで、PチャネルトランジスターM24のドレイン電圧が差動増幅部21の出力信号となる。また、以上の構成において、PチャネルトランジスターM23のソースおよびPチャネルトランジスターM24のソースと、後述するPチャネルトランジスターM30のソースとの共通接続点がレベルシフタS2の高電位電源ノードとなっている。   In the differential amplifying unit 21, the P-channel transistors M23 and M24 are transfer destination nodes that are nodes on the output node N2 side among the nodes on both sides of the P-channel transistor M2 (that is, the node N23 between the P-channel transistors M2 and M3). The source is electrically connected. The drain of the P-channel transistor M23 is electrically connected to the gate of the P-channel transistor M24. On the other hand, the drain of the P-channel transistor M24 is electrically connected to the gate of the P-channel transistor M23. Here, the drain voltage of the P-channel transistor M24 becomes the output signal of the differential amplifier 21. In the above configuration, the common connection point between the source of the P-channel transistor M23 and the source of the P-channel transistor M24 and the source of the P-channel transistor M30 described later is the high-potential power supply node of the level shifter S2.

NチャネルトランジスターM21のソースおよびNチャネルトランジスターM22のソースは、第1の基準電圧源である接地に電気的に接続されている。この接地がレベルシフタS2の低電位電源ノードとなっている。また、NチャネルトランジスターM21のゲートには信号Aが入力され、NチャネルトランジスターM22のゲートには信号Aをインバーター25により反転した信号が入力される。従って、クロックfswがHレベルのときはNチャネルトランジスターM21がON、NチャネルトランジスターM22がOFFとなり、クロックfswがLレベルのときはNチャネルトランジスターM21がOFF、NチャネルトランジスターM22がONとなる。このようにNチャネルトランジスターM21およびM22は、クロックfswに応じて排他的にONにされる。   The source of the N-channel transistor M21 and the source of the N-channel transistor M22 are electrically connected to the ground that is the first reference voltage source. This ground is the low potential power supply node of the level shifter S2. A signal A is input to the gate of the N-channel transistor M21, and a signal obtained by inverting the signal A by the inverter 25 is input to the gate of the N-channel transistor M22. Accordingly, when the clock fsw is at the H level, the N-channel transistor M21 is turned on and the N-channel transistor M22 is turned off. When the clock fsw is at the L level, the N-channel transistor M21 is turned off and the N-channel transistor M22 is turned on. As described above, the N-channel transistors M21 and M22 are exclusively turned on in response to the clock fsw.

PチャネルトランジスターM27およびM28は、差動増幅部21の出力信号のレベルをクランプ電圧CP3以上にクランプするクランプ用MOSFETである。さらに詳述すると、PチャネルトランジスターM27は、PチャネルトランジスターM23のドレインにソースが接続され、NチャネルトランジスターM21のドレイ電流の電流経路、具体的にはNチャネルトランジスターM25のドレインにドレインが接続されており、クランプ電圧CP3がゲートに与えられる。また、PチャネルトランジスターM28は、PチャネルトランジスターM24のドレインにソースが接続され、NチャネルトランジスターM22のドレイ電流の電流経路、具体的にはNチャネルトランジスターM26のドレインにドレインが接続され、クランプ電圧CP3がゲートに与えられる。このPチャネルトランジスターM27のゲートおよびNチャネルトランジスターM28のゲートと、後述するNチャネルトランジスターM29のソースとの共通接続点がレベルシフタS2のクランプ電圧ノードとなっている。   The P-channel transistors M27 and M28 are clamping MOSFETs that clamp the level of the output signal of the differential amplifier 21 to the clamp voltage CP3 or higher. More specifically, the P-channel transistor M27 has a source connected to the drain of the P-channel transistor M23, a drain current path of the N-channel transistor M21, specifically, a drain connected to the drain of the N-channel transistor M25. The clamp voltage CP3 is applied to the gate. The P-channel transistor M28 has a source connected to the drain of the P-channel transistor M24, a drain current path of the N-channel transistor M22, specifically, a drain connected to the drain of the N-channel transistor M26, and a clamp voltage CP3. Is given to the gate. A common connection point between the gate of the P-channel transistor M27 and the gate of the N-channel transistor M28 and the source of an N-channel transistor M29 described later is a clamp voltage node of the level shifter S2.

NチャネルトランジスターM25およびM26は、NチャネルトランジスターM21およびM22のドレイン電圧を電圧VDD以下にクランプするクランプ用MOSFETである。さらに詳述すると、NチャネルトランジスターM25は、ドレインがPチャネルトランジスターM27のドレインに接続され、ソースがNチャネルトランジスターM21のドレインに接続され、ゲートに電圧VDDが与えられる。また、NチャネルトランジスターM26は、ドレインがPチャネルトランジスターM28のドレインに接続され、ソースがNチャネルトランジスターM22のドレインに接続され、ゲートに電圧VDDが与えられる。
以上が差動増幅部21の構成である。
The N-channel transistors M25 and M26 are clamping MOSFETs that clamp the drain voltages of the N-channel transistors M21 and M22 below the voltage VDD. More specifically, in the N-channel transistor M25, the drain is connected to the drain of the P-channel transistor M27, the source is connected to the drain of the N-channel transistor M21, and the voltage VDD is applied to the gate. The N-channel transistor M26 has a drain connected to the drain of the P-channel transistor M28, a source connected to the drain of the N-channel transistor M22, and a voltage VDD applied to the gate.
The above is the configuration of the differential amplifier 21.

バッファー部22は、差動増幅部21の出力信号に応じて、高電位電源ノードに与えられる電圧CP4またはクランプ電圧ノードに与えられるクランプ電圧CP3を選択し、ゲート電圧H_XAとして出力する選択回路である。具体的には、バッファー部22は、電圧CP4およびCP3間の差電圧を電源電圧として動作するインバーターであり、PチャネルトランジスターM30およびNチャネルトランジスターM29により構成されている。
以上がレベルシフタS2の構成である。他のレベルシフタS1およびS3もこのレベルシフタS2と同様な構成を有している。
The buffer unit 22 is a selection circuit that selects the voltage CP4 applied to the high potential power supply node or the clamp voltage CP3 applied to the clamp voltage node according to the output signal of the differential amplifier unit 21, and outputs the selected voltage CP4 as the gate voltage H_XA. . Specifically, the buffer unit 22 is an inverter that operates using a difference voltage between the voltages CP4 and CP3 as a power supply voltage, and includes a P-channel transistor M30 and an N-channel transistor M29.
The above is the configuration of the level shifter S2. The other level shifters S1 and S3 have the same configuration as the level shifter S2.

図5(A)はフェーズAにおけるレベルシフタS2の各部の状態を示す回路図である。また、図5(B)はフェーズBにおけるレベルシフタS2の各部の状態を示す回路図である。以下、図5(A)および(B)を参照し、本実施形態におけるレベルシフタS2の動作を説明する。なお、以下では、簡単のため、レベルシフタS3を構成する全てのPチャネルトランジスターおよび全てのNチャネルトランジスターの閾値電圧は、同じ絶対値Vthを有しているものとする。   FIG. 5A is a circuit diagram showing a state of each part of the level shifter S2 in the phase A. FIG. 5B is a circuit diagram showing the state of each part of the level shifter S2 in the phase B. Hereinafter, the operation of the level shifter S2 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B). In the following, for the sake of simplicity, it is assumed that the threshold voltages of all P-channel transistors and all N-channel transistors constituting the level shifter S3 have the same absolute value Vth.

上述したようにフェーズAでは、信号AはHレベル(VDD)となり、電圧CP3は0V、電圧CP4は2VDDとなる。この場合、信号AがHレベルであることから、NチャネルトランジスターM21がON、NチャネルトランジスターM22がOFFとなる。そして、ONになったNチャネルトランジスターM21がドレイン電流を引き込む結果、PチャネルトランジスターM24のゲート電圧がソース電圧CP4=2VDDよりも低くなり、PチャネルトランジスターM24がONになる。また、PチャネルトランジスターM24がONになる結果、差動増幅部21の出力電圧はCP4=2VDDとなり、この電圧CP4=2VDDがゲート電圧としてPチャネルトランジスターM23に与えられるため、PチャネルトランジスターM23はOFFになる。   As described above, in phase A, the signal A is at the H level (VDD), the voltage CP3 is 0V, and the voltage CP4 is 2VDD. In this case, since the signal A is at the H level, the N-channel transistor M21 is turned on and the N-channel transistor M22 is turned off. Then, as a result of the N channel transistor M21 that has been turned on drawing the drain current, the gate voltage of the P channel transistor M24 becomes lower than the source voltage CP4 = 2VDD, and the P channel transistor M24 is turned on. Further, as a result of the P-channel transistor M24 being turned on, the output voltage of the differential amplifying unit 21 becomes CP4 = 2VDD, and this voltage CP4 = 2VDD is applied as a gate voltage to the P-channel transistor M23, so that the P-channel transistor M23 is turned off. become.

ここで、フェーズAでは、クランプ電圧CP3=0VがPチャネルトランジスターM27およびM28のゲートに与えられ、PチャネルトランジスターM27およびM28がONになる。この結果、PチャネルトランジスターM27のソース電圧は0V+Vthとなる。
一方、NチャネルトランジスターM25およびM26は、電圧VDDがゲートに与えられるためにONになる。そして、ONであるNチャネルトランジスターM21のドレイン電圧は0Vとなり、OFFであるNチャネルトランジスターM22のドレイン電圧は、NチャネルトランジスターM26に対するゲート電圧VDDから電圧Vthを差し引いた電圧VDD−Vthとなる。
Here, in phase A, clamp voltage CP3 = 0V is applied to the gates of P-channel transistors M27 and M28, and P-channel transistors M27 and M28 are turned on. As a result, the source voltage of the P-channel transistor M27 becomes 0V + Vth.
On the other hand, the N-channel transistors M25 and M26 are turned on because the voltage VDD is applied to the gate. The drain voltage of the N-channel transistor M21 that is ON is 0V, and the drain voltage of the N-channel transistor M22 that is OFF is the voltage VDD−Vth obtained by subtracting the voltage Vth from the gate voltage VDD for the N-channel transistor M26.

差動増幅部21の出力電圧が2VDDとなる結果、バッファー部22では、PチャネルトランジスターM30がOFF、NチャネルトランジスターM29がONとなる。この結果、クランプ電圧CP3=0VがNチャネルトランジスターM29により選択され、ゲート電圧H_XAとしてPチャネルトランジスターM2に出力される。これによりPチャネルトランジスターM2がONとなり、PチャネルトランジスターM1およびM2間のノードの電圧CP2と、PチャネルトランジスターM2およびM3間のノードの電圧CP4が2VDDとなる。
フェーズBでは、信号AはLレベル(0V)となり、電圧CP3はVDD、電圧CP4は3VDDとなる。
As a result of the output voltage of the differential amplifying unit 21 being 2VDD, in the buffer unit 22, the P-channel transistor M30 is turned off and the N-channel transistor M29 is turned on. As a result, the clamp voltage CP3 = 0V is selected by the N-channel transistor M29 and is output to the P-channel transistor M2 as the gate voltage H_XA. As a result, the P-channel transistor M2 is turned ON, and the voltage CP2 at the node between the P-channel transistors M1 and M2 and the voltage CP4 at the node between the P-channel transistors M2 and M3 become 2VDD.
In the phase B, the signal A becomes L level (0 V), the voltage CP3 becomes VDD, and the voltage CP4 becomes 3VDD.

この場合、信号AがLレベルであることから、NチャネルトランジスターM21がOFF、NチャネルトランジスターM22がONとなる。そして、ONになったNチャネルトランジスターM22がドレイン電流を引き込む結果、PチャネルトランジスターM23のゲート電圧がソース電圧CP4=3VDDよりも低くなり、PチャネルトランジスターM23がONになる。また、PチャネルトランジスターM23がONになる結果、電圧CP4=3VDDがゲート電圧としてPチャネルトランジスターM24に与えられるため、PチャネルトランジスターM24はOFFになる。   In this case, since the signal A is at the L level, the N-channel transistor M21 is turned OFF and the N-channel transistor M22 is turned ON. As a result of the N-channel transistor M22 that has been turned on drawing the drain current, the gate voltage of the P-channel transistor M23 becomes lower than the source voltage CP4 = 3VDD, and the P-channel transistor M23 is turned on. Further, as a result of the P-channel transistor M23 being turned on, the voltage CP4 = 3VDD is supplied as a gate voltage to the P-channel transistor M24, and thus the P-channel transistor M24 is turned off.

ここで、フェーズBでは、クランプ電圧CP3=VDDがPチャネルトランジスターM27およびM28のゲートに与えられ、PチャネルトランジスターM27およびM28がONになる。この結果、PチャネルトランジスターM28のソース電圧、すなわち、差動増幅部21の出力電圧はVDD+Vthとなる。   In phase B, clamp voltage CP3 = VDD is applied to the gates of P-channel transistors M27 and M28, and P-channel transistors M27 and M28 are turned on. As a result, the source voltage of the P-channel transistor M28, that is, the output voltage of the differential amplifier 21, becomes VDD + Vth.

一方、NチャネルトランジスターM25およびM26は、電圧VDDがゲートに与えられるためにONになる。そして、ONであるNチャネルトランジスターM22のドレイン電圧は0Vとなり、OFFであるNチャネルトランジスターM21のドレイン電圧は、NチャネルトランジスターM25に対するゲート電圧VDDから電圧Vthを差し引いた電圧VDD−Vthとなる。   On the other hand, the N-channel transistors M25 and M26 are turned on because the voltage VDD is applied to the gate. The drain voltage of the N-channel transistor M22 that is ON is 0V, and the drain voltage of the N-channel transistor M21 that is OFF is the voltage VDD−Vth obtained by subtracting the voltage Vth from the gate voltage VDD for the N-channel transistor M25.

差動増幅部21の出力電圧がVDD+Vthとなる結果、バッファー部22では、PチャネルトランジスターM30がON、NチャネルトランジスターM29がほぼOFFとなる。この結果、電圧CP4=3VDDがPチャネルトランジスターM30により選択され、ゲート電圧H_XAとしてPチャネルトランジスターM2に出力される。これによりPチャネルトランジスターM2がOFFとなり、PチャネルトランジスターM1およびM2間のノードの電圧CP2がVDD、PチャネルトランジスターM2およびM3間のノードの電圧CP4が3VDDとなる。   As a result of the output voltage of the differential amplifying unit 21 becoming VDD + Vth, in the buffer unit 22, the P-channel transistor M30 is turned on and the N-channel transistor M29 is turned off. As a result, the voltage CP4 = 3VDD is selected by the P-channel transistor M30 and is output to the P-channel transistor M2 as the gate voltage H_XA. As a result, the P-channel transistor M2 is turned OFF, the voltage CP2 at the node between the P-channel transistors M1 and M2 is VDD, and the voltage CP4 at the node between the P-channel transistors M2 and M3 is 3VDD.

以上の動作において、クランプ用のPチャネルトランジスターM27およびM28、NチャネルトランジスターM25およびM26は、レベルシフタS2の全てのトランジスターのゲート酸化膜に印加される電圧を2VDD以下にする役割を果たす。   In the above operation, the clamping P-channel transistors M27 and M28 and the N-channel transistors M25 and M26 play a role of setting the voltage applied to the gate oxide films of all the transistors of the level shifter S2 to 2 VDD or less.

仮にクランプ用のPチャネルトランジスターM27およびM28を設けなかった場合、フェーズBにおいてPチャネルトランジスターM24のドレイン電圧は0Vになるので、PチャネルトランジスターM23、M24およびM30のゲート酸化膜に3VDDの電圧が印加される。   If the clamping P-channel transistors M27 and M28 are not provided, the drain voltage of the P-channel transistor M24 becomes 0 V in phase B, so that a voltage of 3VDD is applied to the gate oxide films of the P-channel transistors M23, M24, and M30. Is done.

しかしながら、本実施形態では、クランプ用のPチャネルトランジスターM27およびM28が設けられており、フェーズBではこれらのトランジスターのゲートにクランプ電圧CP3=VDDが与えられるため、PチャネルトランジスターM24のドレイン電圧はVDD+Vthにクランプされる。このため、PチャネルトランジスターM23、M24およびM30のゲート酸化膜に印加される電圧を2VDD−Vthにすることができる。   However, in this embodiment, clamping P-channel transistors M27 and M28 are provided, and in phase B, the clamp voltage CP3 = VDD is applied to the gates of these transistors, so the drain voltage of the P-channel transistor M24 is VDD + Vth. To be clamped. For this reason, the voltage applied to the gate oxide films of the P-channel transistors M23, M24 and M30 can be 2VDD-Vth.

また、仮にクランプ用のNチャネルトランジスターM25およびM26を設けなかった場合、フェーズBにおいてNチャネルトランジスターM21のドレイン電圧が3VDDになるので、NチャネルトランジスターM21のゲート酸化膜に3VDDの電圧が印加される。   If the clamping N-channel transistors M25 and M26 are not provided, the drain voltage of the N-channel transistor M21 becomes 3VDD in the phase B, so that a voltage of 3VDD is applied to the gate oxide film of the N-channel transistor M21. .

しかしながら、本実施形態では、クランプ用のNチャネルトランジスターM25およびM26が設けられており、これらのトランジスターのゲートにクランプ電圧VDDが与えられるため、NチャネルトランジスターM24のドレイン電圧はVDD+Vthにクランプされる。このため、NチャネルトランジスターM24のゲート酸化膜に印加される電圧をVDD+Vthにすることができる。   However, in this embodiment, clamping N-channel transistors M25 and M26 are provided, and the clamp voltage VDD is applied to the gates of these transistors, so that the drain voltage of the N-channel transistor M24 is clamped to VDD + Vth. For this reason, the voltage applied to the gate oxide film of the N-channel transistor M24 can be set to VDD + Vth.

以上のように、本実施形態では、レベルシフタS2の全てのトランジスターのゲート酸化膜に印加される電圧を2VDD以下にすることができる。従って、3VDDを出力するチャージポンプを2VDDの耐圧のトランジスターにより構成することができる。このように本実施形態によれば、高耐圧のトランジスターを形成するための工程が不要であるので、チャージポンプをなす半導体集積回路の製造コストを安価に抑えることができる。また、本実施形態によれば、チャージポンプの開発に当たって、そのチャージポンプに使用する高耐圧のトランジスターを開発する必要がないため、チャージポンプの開発費用を低減し、開発期間を短縮することができる。   As described above, in this embodiment, the voltage applied to the gate oxide films of all the transistors of the level shifter S2 can be set to 2 VDD or less. Therefore, the charge pump that outputs 3VDD can be configured by a transistor with a withstand voltage of 2VDD. As described above, according to the present embodiment, a process for forming a high breakdown voltage transistor is not required, so that the manufacturing cost of the semiconductor integrated circuit forming the charge pump can be reduced. In addition, according to the present embodiment, it is not necessary to develop a high voltage transistor used for the charge pump when developing the charge pump, so the charge pump development cost can be reduced and the development period can be shortened. .

<第2実施形態>
図6は、この発明の第2実施形態であるチャージポンプの構成を示す回路図である。上記第1実施形態では、複数のPチャネルトランジスターにより正電圧の転送および加算を行うことにより昇圧を行ったが、本実施形態では、複数のNチャネルトランジスターにより負電圧の転送および加算を行うことにより昇圧を行う。図6において、NチャネルトランジスターM1’、M2’およびM3’は、転送用MOSFETであり、入力ノードN1’と出力ノードN2’との間に直列接続されている。ここで、出力ノードN2’と第1の基準電圧源である接地との間には負荷とキャパシターCb’が並列に介挿されている。また、入力ノードN1’には、昇圧対象の入力電圧として第2の基準電圧源である低電位電圧源(負電源)VSSの出力電圧が与えられる。NチャネルトランジスターM1’、M2’およびM3’は、N型半導体基板に別個に形成された3個のPウェル(低濃度P型不純物領域)内に形成されている。NチャネルトランジスターM1’のドレインは入力ノードN1’に電気的に接続され、NチャネルトランジスターM1’のソースおよびPウェルはNチャネルトランジスターM2’のドレインに電気的に接続されている。また、NチャネルトランジスターM2’のソースおよびPウェルはNチャネルトランジスターM3’のドレインに電気的に接続されている。そして、NチャネルトランジスターM3’のソースおよびPウェルは出力ノードN2’に電気的に接続されている。
Second Embodiment
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a charge pump according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the voltage is boosted by transferring and adding a positive voltage using a plurality of P-channel transistors. In this embodiment, the voltage is transferred and added by a plurality of N-channel transistors. Boost the voltage. In FIG. 6, N-channel transistors M1 ′, M2 ′ and M3 ′ are transfer MOSFETs connected in series between an input node N1 ′ and an output node N2 ′. Here, a load and a capacitor Cb ′ are interposed in parallel between the output node N2 ′ and the ground which is the first reference voltage source. Further, the output voltage of the low potential voltage source (negative power supply) VSS, which is the second reference voltage source, is applied to the input node N1 ′ as the input voltage to be boosted. N-channel transistors M1 ′, M2 ′ and M3 ′ are formed in three P wells (low-concentration P-type impurity regions) separately formed on the N-type semiconductor substrate. The drain of the N channel transistor M1 ′ is electrically connected to the input node N1 ′, and the source and the P well of the N channel transistor M1 ′ are electrically connected to the drain of the N channel transistor M2 ′. The source and P well of the N channel transistor M2 ′ are electrically connected to the drain of the N channel transistor M3 ′. The source and the P well of the N channel transistor M3 ′ are electrically connected to the output node N2 ′.

NチャネルトランジスターM1’およびM2’間のノードN12’にはキャパシターCf1’の第1の電極が電気的に接続されている。また、NチャネルトランジスターM2’およびM3’間のノードN23’にはキャパシターCf2’の第1の電極が電気的に接続されている。   A first electrode of a capacitor Cf1 'is electrically connected to a node N12' between the N-channel transistors M1 'and M2'. A first electrode of a capacitor Cf2 'is electrically connected to a node N23' between the N-channel transistors M2 'and M3'.

VSS系回路10’とレベルシフタ部20’は、周期的なクロックfswに同期して、上記第1実施形態と同様な第1の制御(フェーズA)と第2の制御(フェーズB)を交互に繰り返すスイッチング制御手段を構成している。このスイッチング制御手段は、フェーズAおよびBでは、複数のキャパシターCf1’およびCf2’の一部のキャパシターであって、ONにする転送用のトランジスターの両側のノードのうち出力ノードN2’側のノードに第1の電極が接続されたキャパシターの第2の電極を第1の基準電圧源である接地に電気的に接続し、入力ノードN1’側のノードに第1の電極が接続されたキャパシターの第2の電極を第2の基準電圧源である低電位電圧源VSSに電気的に接続する。   The VSS system circuit 10 ′ and the level shifter unit 20 ′ alternately perform the first control (phase A) and the second control (phase B) similar to those in the first embodiment in synchronization with the periodic clock fsw. The repeating switching control means is constituted. In the phases A and B, the switching control means is a partial capacitor of the plurality of capacitors Cf1 ′ and Cf2 ′, and is connected to a node on the output node N2 ′ side among nodes on both sides of the transfer transistor to be turned on. The second electrode of the capacitor to which the first electrode is connected is electrically connected to the ground which is the first reference voltage source, and the second electrode of the capacitor to which the first electrode is connected to the node on the input node N1 ′ side. The two electrodes are electrically connected to a low potential voltage source VSS which is a second reference voltage source.

以下、このスイッチング制御手段の構成について説明する。VSS系回路10’は、制御部15’と、ノンインバーティングバッファー12’および14’と、インバーター11’および13’と、NチャネルトランジスターML1’およびPチャネルトランジスターML2’からなるインバーターと、NチャネルトランジスターML3’およびPチャネルトランジスターML4’からなるインバーターとを有する。このVSS系回路10’を構成する各回路には低電位電圧源VSSからの電源電圧が供給される。   Hereinafter, the configuration of the switching control means will be described. The VSS system circuit 10 ′ includes a control unit 15 ′, non-inverting buffers 12 ′ and 14 ′, inverters 11 ′ and 13 ′, an inverter including an N-channel transistor ML1 ′ and a P-channel transistor ML2 ′, and an N-channel. And an inverter composed of a transistor ML3 ′ and a P-channel transistor ML4 ′. A power supply voltage from the low potential voltage source VSS is supplied to each circuit constituting the VSS system circuit 10 '.

制御部15’は、クロックfswと同一論理の信号Aと、クロックfswを論理反転した信号Bを出力する。インバーター11’は信号Aを論理反転した信号A’をNチャネルトランジスターML1’のゲートに供給し、ノンインバーティングバッファー12’は信号Bをそのままの論理で信号XB’としてPチャネルトランジスターML2’のゲートに供給する。また、インバーター13’は信号Bを論理反転して、信号B’としてNチャネルトランジスターML3’のゲートに供給し、ノンインバーティングバッファー14’は信号Aをそのままの論理で信号XA’としてPチャネルトランジスターML4’のゲートに供給する。そして、NチャネルトランジスターML1’およびPチャネルトランジスターML2’からなるインバーターは、キャパシターCf2’の第2の電極に対して出力電圧CP3’を供給する。また、NチャネルトランジスターML3’およびPチャネルトランジスターML4’からなるインバーターは、キャパシターCf1’の第2の電極に対して出力電圧CP1’を供給する。   The control unit 15 ′ outputs a signal A having the same logic as that of the clock fsw and a signal B obtained by logically inverting the clock fsw. The inverter 11 ′ supplies the signal A ′ obtained by logically inverting the signal A to the gate of the N-channel transistor ML1 ′, and the non-inverting buffer 12 ′ uses the signal B as it is as the signal XB ′ as it is as the gate of the P-channel transistor ML2 ′. To supply. The inverter 13 'logically inverts the signal B and supplies it as the signal B' to the gate of the N-channel transistor ML3 '. The non-inverting buffer 14' uses the signal A as it is as the signal XA 'as the signal XA' as the P-channel transistor. Supply to the gate of ML4 ′. An inverter including the N-channel transistor ML1 'and the P-channel transistor ML2' supplies the output voltage CP3 'to the second electrode of the capacitor Cf2'. Further, the inverter composed of the N-channel transistor ML3 'and the P-channel transistor ML4' supplies the output voltage CP1 'to the second electrode of the capacitor Cf1'.

レベルシフタ部20’は、レベルシフタS1’、S2’およびS3’により構成されている。ここで、レベルシフタS1’は、信号Bのレベルシフトを行うことにより、NチャネルトランジスターM1’に対するゲート電圧H_XB1’を出力する回路である。また、レベルシフタS2’は、信号Aのレベルシフトを行うことにより、NチャネルトランジスターM2’に対するゲート電圧H_XA’を出力する回路である。また、レベルシフタS3’は、信号Bのレベルシフトを行うことにより、NチャネルトランジスターM3’に対するゲート電圧H_XB2’を出力する回路である。   The level shifter unit 20 'includes level shifters S1', S2 ', and S3'. Here, the level shifter S1 'is a circuit that outputs a gate voltage H_XB1' to the N-channel transistor M1 'by performing a level shift of the signal B. The level shifter S2 'is a circuit that outputs a gate voltage H_XA' to the N-channel transistor M2 'by performing a level shift of the signal A. The level shifter S3 'is a circuit that outputs a gate voltage H_XB2' to the N-channel transistor M3 'by performing a level shift of the signal B.

これらのレベルシフタS1’、S2’およびS3’は、同じ回路構成のレベルシフタである。これらのレベルシフタは、高電位電源ノード(接地ノード)、低電位電源ノードおよびクランプ電圧ノードを有している。そして、これらのレベルシフタは、入力信号がHレベル(=0V)である場合、低電位電源ノードに与えられる電圧を出力し、入力信号がLレベル(=VSS)である場合、クランプ電圧ノードの電圧によりクランプされた電圧を出力する。   These level shifters S1 ', S2' and S3 'are level shifters having the same circuit configuration. These level shifters have a high potential power supply node (ground node), a low potential power supply node, and a clamp voltage node. These level shifters output a voltage applied to the low-potential power supply node when the input signal is at the H level (= 0 V), and the voltage at the clamp voltage node when the input signal is at the L level (= VSS). The voltage clamped by is output.

図6において、レベルシフタS1’、S2’およびS3’の高電位電源ノードは、図示が省略されているが、いずれも第1の基準電圧源である接地に電気的に接地されている。また、レベルシフタS1’は、NチャネルトランジスターM1’およびM2’間のノードN12’の電圧CP2’が低電位電源ノードに与えられ、接地(=0V)がクランプ電圧ノードに与えられる。従って、レベルシフタS1’は、入力信号BがHレベルである場合にNチャネルトランジスターM1’およびM2’間のノードN12’の電圧CP2’をNチャネルトランジスターM1’のゲートに供給する。また、レベルシフタS1’は、入力信号BがLレベルである場合にクランプ電圧ノードの電圧0Vによりクランプされた電圧をNチャネルトランジスターM1’のゲートに供給する。   In FIG. 6, the high-potential power supply nodes of the level shifters S1 ', S2' and S3 'are not shown, but are all electrically grounded to the ground which is the first reference voltage source. Further, in the level shifter S1 ', the voltage CP2' of the node N12 'between the N-channel transistors M1' and M2 'is supplied to the low potential power supply node, and the ground (= 0V) is supplied to the clamp voltage node. Accordingly, the level shifter S1 'supplies the voltage CP2' of the node N12 'between the N-channel transistors M1' and M2 'to the gate of the N-channel transistor M1' when the input signal B is at the H level. Further, the level shifter S1 'supplies the voltage clamped by the voltage 0V at the clamp voltage node to the gate of the N-channel transistor M1' when the input signal B is at the L level.

また、レベルシフタS2’は、NチャネルトランジスターM2’およびM3’間のノードN23’の電圧CP4’が低電位電源ノードに与えられ、キャパシターCf2’の第2の電極の電圧CP3’がクランプ電圧ノードに与えられる。従って、レベルシフタS2’は、入力信号AがHレベルである場合にNチャネルトランジスターM2’およびM3’間のノードN23’の電圧CP4’をNチャネルトランジスターM2’のゲートに供給する。また、レベルシフタS2’は、入力信号AがLレベルである場合にクランプ電圧ノードの電圧CP3’によりクランプされた電圧をNチャネルトランジスターM2’のゲートに供給する。   Further, in the level shifter S2 ′, the voltage CP4 ′ of the node N23 ′ between the N-channel transistors M2 ′ and M3 ′ is supplied to the low potential power supply node, and the voltage CP3 ′ of the second electrode of the capacitor Cf2 ′ is used as the clamp voltage node. Given. Therefore, the level shifter S2 'supplies the voltage CP4' of the node N23 'between the N-channel transistors M2' and M3 'to the gate of the N-channel transistor M2' when the input signal A is at the H level. The level shifter S2 'supplies the voltage clamped by the voltage CP3' at the clamp voltage node to the gate of the N-channel transistor M2 'when the input signal A is at the L level.

また、レベルシフタS3’は、出力ノードN2’の電圧VCP’が低電位電源ノードに与えられ、低電位電圧源VSSからの電源電圧がクランプ電圧ノードに与えられる。従って、レベルシフタS3’は、入力信号BがHレベルである場合に出力ノードN2’の電圧VCP’をNチャネルトランジスターM3’のゲートに供給する。また、レベルシフタS3’は、入力信号BがLレベルである場合にクランプ電圧ノードの電圧VSSによりクランプされた電圧をNチャネルトランジスターM3’のゲートに供給する。
以上が本実施形態によるチャージポンプの構成である。
Further, in the level shifter S3 ′, the voltage VCP ′ at the output node N2 ′ is applied to the low potential power supply node, and the power supply voltage from the low potential voltage source VSS is applied to the clamp voltage node. Accordingly, the level shifter S3 ′ supplies the voltage VCP ′ at the output node N2 ′ to the gate of the N-channel transistor M3 ′ when the input signal B is at the H level. The level shifter S3 ′ supplies the voltage clamped by the voltage VSS at the clamp voltage node to the gate of the N-channel transistor M3 ′ when the input signal B is at the L level.
The above is the configuration of the charge pump according to the present embodiment.

図7はNチャネルトランジスターM2’にゲート電圧H_XA’を供給するレベルシフタS2’の構成例を示す回路図である。図7に示すように、レベルシフタS2’は、差動増幅部21’とバッファー部22’とにより構成されている。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the level shifter S2 'for supplying the gate voltage H_XA' to the N-channel transistor M2 '. As shown in FIG. 7, the level shifter S2 'includes a differential amplifying unit 21' and a buffer unit 22 '.

差動増幅部21’において、NチャネルトランジスターM23’およびM24’は、NチャネルトランジスターM2’の両側のノードのうち出力ノードN2’側のノードである転送先ノード(すなわち、NチャネルトランジスターM2’およびM3’間のノードN23’)にソースが電気的に接続される。また、NチャネルトランジスターM23’のドレインはNチャネルトランジスターM24’のゲートに電気的に接続され、NチャネルトランジスターM24’のドレインはNチャネルトランジスターM23’のゲートに電気的に接続される。ここで、NチャネルトランジスターM24’のドレイン電圧が差動増幅部21’の出力信号となる。また、NチャネルトランジスターM23’のソースおよびNチャネルトランジスターM24’のソースと、後述するNチャネルトランジスターM30’のソースとの共通接続点が、レベルシフタS2’の低電位電源ノードとなっている。   In the differential amplifying unit 21 ′, the N-channel transistors M23 ′ and M24 ′ are transfer destination nodes (that is, N-channel transistors M2 ′ and M2 ′) that are nodes on the output node N2 ′ side among the nodes on both sides of the N-channel transistor M2 ′. A source is electrically connected to a node N23 ′) between M3 ′. The drain of the N channel transistor M23 'is electrically connected to the gate of the N channel transistor M24', and the drain of the N channel transistor M24 'is electrically connected to the gate of the N channel transistor M23'. Here, the drain voltage of the N-channel transistor M24 'becomes an output signal of the differential amplifier 21'. A common connection point between the source of the N-channel transistor M23 'and the source of the N-channel transistor M24' and the source of an N-channel transistor M30 'to be described later is a low potential power supply node of the level shifter S2'.

PチャネルトランジスターM21’のソースおよびPチャネルトランジスターM22’のソースは、第1の基準電圧源である接地に電気的に接続されている。また、PチャネルトランジスターM21’のゲートには信号Aが入力され、PチャネルトランジスターM22’のゲートには信号Aをインバーター29’により反転した信号が入力される。従って、クロックfswがLレベルのときはPチャネルトランジスターM21’がON、PチャネルトランジスターM22’がOFFとなり、クロックfswがLレベルのときはPチャネルトランジスターM21’がOFF、PチャネルトランジスターM22’がONとなる。このようにPチャネルトランジスターM21’およびM22’は、クロックfswに応じて排他的にONにされる。   The source of the P-channel transistor M21 'and the source of the P-channel transistor M22' are electrically connected to the ground that is the first reference voltage source. A signal A is input to the gate of the P-channel transistor M21 ', and a signal obtained by inverting the signal A by the inverter 29' is input to the gate of the P-channel transistor M22 '. Accordingly, when the clock fsw is at the L level, the P channel transistor M21 ′ is turned on and the P channel transistor M22 ′ is turned off. When the clock fsw is at the L level, the P channel transistor M21 ′ is turned off and the P channel transistor M22 ′ is turned on. It becomes. In this way, the P-channel transistors M21 'and M22' are exclusively turned on in response to the clock fsw.

NチャネルトランジスターM27’およびM28’は、差動増幅部21’の出力信号のレベルをクランプ電圧CP3’以下にクランプするクランプ用MOSFETである。このNチャネルトランジスターM27’のソースはNチャネルトランジスターM23’のドレインに接続され、NチャネルトランジスターM28’のソースは、NチャネルトランジスターM24’のドレインに接続される。また、NチャネルトランジスターM27’およびM28’のゲートにクランプ電圧CP3’が与えられる。このNチャネルトランジスターM27’ のゲートおよびNチャネルトランジスターM28’のゲートと、後述するPチャネルトランジスターM29’のソースとの共通接続点が、レベルシフタS2’のクランプ電圧ノードとなっている。   The N-channel transistors M27 'and M28' are clamping MOSFETs that clamp the level of the output signal of the differential amplifier 21 'to a clamp voltage CP3' or less. The source of the N-channel transistor M27 'is connected to the drain of the N-channel transistor M23', and the source of the N-channel transistor M28 'is connected to the drain of the N-channel transistor M24'. The clamp voltage CP3 'is applied to the gates of the N-channel transistors M27' and M28 '. A common connection point between the gate of the N-channel transistor M27 'and the gate of the N-channel transistor M28' and the source of a P-channel transistor M29 'described later is a clamp voltage node of the level shifter S2'.

PチャネルトランジスターM25’およびM26’は、PチャネルトランジスターM21’およびM22’のドレイン電圧を電圧VSS以上にクランプするクランプ用MOSFETである。このPチャネルトランジスターM25’のソースがPチャネルトランジスターM21’のドレインに接続され、PチャネルトランジスターM26’のソースがPチャネルトランジスターM22’のドレインに接続される。また、PチャネルトランジスターM25’のドレインがNチャネルトランジスターM27’のドレインに接続され、PチャネルトランジスターM26’のドレインがNチャネルトランジスターM28’のドレインに接続される。PチャネルトランジスターM25’のゲートおよびPチャネルトランジスターM26’のゲートに電圧VSSが与えられる。以上が差動増幅部21の構成である。   P-channel transistors M25 'and M26' are clamping MOSFETs that clamp the drain voltages of P-channel transistors M21 'and M22' to voltage VSS or higher. The source of the P-channel transistor M25 'is connected to the drain of the P-channel transistor M21', and the source of the P-channel transistor M26 'is connected to the drain of the P-channel transistor M22'. The drain of the P-channel transistor M25 'is connected to the drain of the N-channel transistor M27', and the drain of the P-channel transistor M26 'is connected to the drain of the N-channel transistor M28'. The voltage VSS is applied to the gate of the P-channel transistor M25 'and the gate of the P-channel transistor M26'. The above is the configuration of the differential amplifier 21.

バッファー部22’は、差動増幅部21’の出力信号に応じて、低電位電源ノードに与えられる電圧CP4’またはクランプ電圧ノードに与えられるクランプ電圧CP3’を選択し、ゲート電圧H_XA’として出力する選択回路である。具体的には、バッファー部22’は、電圧CP4’およびCP3’間の差電圧を電源電圧として動作するインバーターであり、PチャネルトランジスターM29’およびNチャネルトランジスターM30’により構成されている。   The buffer unit 22 ′ selects the voltage CP4 ′ applied to the low potential power supply node or the clamp voltage CP3 ′ applied to the clamp voltage node according to the output signal of the differential amplifier unit 21 ′, and outputs it as the gate voltage H_XA ′. This is a selection circuit. Specifically, the buffer unit 22 ′ is an inverter that operates using a voltage difference between the voltages CP 4 ′ and CP 3 ′ as a power supply voltage, and includes a P-channel transistor M 29 ′ and an N-channel transistor M 30 ′.

以上がレベルシフタS2’の構成である。他のレベルシフタS1’およびS3’もこのレベルシフタS2’と同様な構成を有している。   The above is the configuration of the level shifter S2 '. The other level shifters S1 'and S3' have the same configuration as that of the level shifter S2 '.

図8は本実施形態によるチャージポンプの各部の波形を示すタイムチャートである。図8に示すように、クロックfswは、Hレベル(=0V)とLレベル(=VSS)を周期的かつ交互に繰り返す。ここで、クロックfswがHレベルの場合、信号AはHレベル、信号BはLレベル、信号A’はLレベル、信号B’はHレベルとなり、チャージポンプはフェーズBでの動作を行う。すなわち、NチャネルトランジスターM2’がOFF、NチャネルトランジスターM1’およびM3’がONとされ、電圧CP1’が0V、電圧CP3’がVSSとされる。これにより接地→PチャネルトランジスターML2’→キャパシターCf1’→NチャネルトランジスターM1’→VSSという経路を電流が流れ、キャパシターCf1’に電圧VSSが充電される。また、出力ノードN2’→NチャネルトランジスターM3’→キャパシターCf2’→NチャネルトランジスターML3’→VSSという経路を電流が流れ、キャパシターCf2’の充電電圧に電圧VSSを加えた電圧が出力ノードN2’に出力される。   FIG. 8 is a time chart showing waveforms of respective parts of the charge pump according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the clock fsw repeats the H level (= 0V) and the L level (= VSS) periodically and alternately. Here, when the clock fsw is at the H level, the signal A is at the H level, the signal B is at the L level, the signal A ′ is at the L level, and the signal B ′ is at the H level, and the charge pump performs the operation in the phase B. That is, the N-channel transistor M2 'is OFF, the N-channel transistors M1' and M3 'are ON, the voltage CP1' is 0V, and the voltage CP3 'is VSS. As a result, a current flows through a path of ground → P-channel transistor ML2 ′ → capacitor Cf1 ′ → N-channel transistor M1 ′ → VSS, and the voltage VSS is charged in the capacitor Cf1 ′. Further, a current flows through the path of the output node N2 ′ → N channel transistor M3 ′ → capacitor Cf2 ′ → N channel transistor ML3 ′ → VSS, and a voltage obtained by adding the voltage VSS to the charge voltage of the capacitor Cf2 ′ is output to the output node N2 ′. Is output.

次にクロックfswがLレベルの場合、信号AはLレベル、信号BはHレベル、信号A’はHレベル、信号B’はLレベルとなり、チャージポンプはフェーズAでの動作を行う。すなわち、NチャネルトランジスターM2’がON、NチャネルトランジスターM1’およびM3’がOFFとされ、電圧CP1’がVSS、電圧CP3’が0Vとされる。これにより接地→PチャネルトランジスターML4’→キャパシターCf2’→NチャネルトランジスターM2’→キャパシターCf1’→NチャネルトランジスターML1’→VSSという経路を電流が流れ、キャパシターCf1’の充電電圧に電圧VSSを加算した電圧、すなわち、VSS+VSS=2VSSがNチャネルトランジスターM2’およびM3’間のノードN23’に出力され、この電圧がキャパシターCf2’に充電される。   Next, when the clock fsw is at the L level, the signal A is at the L level, the signal B is at the H level, the signal A 'is at the H level, the signal B' is at the L level, and the charge pump performs the operation in the phase A. That is, the N-channel transistor M2 'is turned on, the N-channel transistors M1' and M3 'are turned off, the voltage CP1' is VSS, and the voltage CP3 'is 0V. As a result, current flows through the path of ground → P channel transistor ML4 ′ → capacitor Cf2 ′ → N channel transistor M2 ′ → capacitor Cf1 ′ → N channel transistor ML1 ′ → VSS, and the voltage VSS is added to the charging voltage of the capacitor Cf1 ′. A voltage, that is, VSS + VSS = 2VSS is output to the node N23 ′ between the N-channel transistors M2 ′ and M3 ′, and this voltage is charged in the capacitor Cf2 ′.

このようにフェーズAでは、電圧2VSSがキャパシターCf2’に充電される。従って、フェーズAの後のフェーズBでは、キャパシターCf2’の充電電圧2VSSに電圧VSSを加えた電圧3VSSが出力ノードN2’に出力される。   Thus, in phase A, the voltage 2VSS is charged in the capacitor Cf2 '. Therefore, in phase B after phase A, voltage 3VSS obtained by adding voltage VSS to charging voltage 2VSS of capacitor Cf2 'is output to output node N2'.

上記第1実施形態と同様、電圧CP3’およびCP4’は、電圧CP1’およびCP2’に連動する。すなわち、キャパシターCf1’の充電電圧がVSSとなるため、電圧CP3’は電圧CP1’よりVSSだけ低い電圧となる。また、キャパシターCf2’の充電電圧が2VSSとなるため、電圧CP4’は電圧CP2’より2VSSだけ低い電圧となる。
以上が本実施形態におけるチャージポンプの動作の概略である。
As in the first embodiment, the voltages CP3 ′ and CP4 ′ are interlocked with the voltages CP1 ′ and CP2 ′. That is, since the charging voltage of the capacitor Cf1 ′ is VSS, the voltage CP3 ′ is lower than the voltage CP1 ′ by VSS. Further, since the charging voltage of the capacitor Cf2 ′ is 2 VSS, the voltage CP4 ′ is lower than the voltage CP2 ′ by 2 VSS.
The above is the outline of the operation of the charge pump in the present embodiment.

次にレベルシフタS2’の動作について説明する。フェーズAでは、信号AはLレベルとなり、電圧CP3’は0V、電圧CP4’は2VSSとなる。この場合、信号AがLレベルであることから、PチャネルトランジスターM21’がON、PチャネルトランジスターM22’がOFFとなる。そして、ONになったPチャネルトランジスターM21’がドレイン電流を出力する結果、NチャネルトランジスターM24’のゲート電圧がソース電圧CP4’=2VSSよりも高くなり、NチャネルトランジスターM24’がONになる。また、NチャネルトランジスターM24’がONになる結果、差動増幅部21’の出力電圧はCP4’=2VSSとなり、この電圧CP4’=2VSSがゲート電圧としてNチャネルトランジスターM23’に与えられるため、NチャネルトランジスターM23’はOFFになる。   Next, the operation of the level shifter S2 'will be described. In the phase A, the signal A becomes L level, the voltage CP3 'becomes 0V, and the voltage CP4' becomes 2VSS. In this case, since the signal A is at the L level, the P-channel transistor M21 'is turned on and the P-channel transistor M22' is turned off. Then, as a result of the drain of the P-channel transistor M21 'that has been turned ON, the gate voltage of the N-channel transistor M24' becomes higher than the source voltage CP4 '= 2VSS, and the N-channel transistor M24' is turned ON. Further, as a result of the N-channel transistor M24 ′ being turned on, the output voltage of the differential amplifier 21 ′ becomes CP4 ′ = 2VSS, and this voltage CP4 ′ = 2VSS is applied as a gate voltage to the N-channel transistor M23 ′. The channel transistor M23 ′ is turned off.

ここで、フェーズAでは、クランプ電圧CP3’=0VがNチャネルトランジスターM27’およびM28’のゲートに与えられ、NチャネルトランジスターM27’およびM28’がONになる。この結果、NチャネルトランジスターM27’のソース電圧は0V−Vthとなる。   Here, in phase A, the clamp voltage CP3 '= 0V is applied to the gates of the N-channel transistors M27' and M28 ', and the N-channel transistors M27' and M28 'are turned ON. As a result, the source voltage of the N-channel transistor M27 'becomes 0V-Vth.

一方、PチャネルトランジスターM25’およびM26’は、電圧VSSがゲートに与えられるためにONになる。そして、ONであるPチャネルトランジスターM21’のドレイン電圧は0Vとなり、OFFであるPチャネルトランジスターM22’のドレイン電圧は、PチャネルトランジスターM26’に対するゲート電圧VSSに電圧Vthを加えた電圧VSS+Vthとなる。   On the other hand, the P-channel transistors M25 'and M26' are turned on because the voltage VSS is applied to the gate. The drain voltage of the P-channel transistor M21 'that is ON is 0V, and the drain voltage of the P-channel transistor M22' that is OFF is the voltage VSS + Vth obtained by adding the voltage Vth to the gate voltage VSS for the P-channel transistor M26 '.

差動増幅部21’の出力電圧が2VSSとなる結果、バッファー部22’では、NチャネルトランジスターM30’がOFF、PチャネルトランジスターM29’がONとなる。この結果、クランプ電圧CP3’=0VがPチャネルトランジスターM29’により選択され、ゲート電圧H_XAとしてNチャネルトランジスターM2’に出力される。これによりNチャネルトランジスターM2’がONとなり、NチャネルトランジスターM1’およびM2’間のノードN12’の電圧CP2’と、NチャネルトランジスターM2’およびM3’間のノードN23’の電圧CP4’が2VSSとなる。   As a result of the output voltage of the differential amplifier 21 'being 2 VSS, in the buffer 22', the N-channel transistor M30 'is turned off and the P-channel transistor M29' is turned on. As a result, the clamp voltage CP3 '= 0V is selected by the P-channel transistor M29' and is output to the N-channel transistor M2 'as the gate voltage H_XA. As a result, the N-channel transistor M2 ′ is turned ON, and the voltage CP2 ′ of the node N12 ′ between the N-channel transistors M1 ′ and M2 ′ and the voltage CP4 ′ of the node N23 ′ between the N-channel transistors M2 ′ and M3 ′ are 2 VSS. Become.

フェーズBでは、信号AはHレベル(0V)となり、電圧CP3’はVSS、電圧CP4’は3VSSとなる。この場合、信号AがHレベルであることから、PチャネルトランジスターM21’がOFF、PチャネルトランジスターM22’がONとなる。そして、ONになったPチャネルトランジスターM22’がドレイン電流を出力する結果、NチャネルトランジスターM23’のゲート電圧がソース電圧CP4’=3VSSよりも高くなり、NチャネルトランジスターM23’がONになる。また、NチャネルトランジスターM23’がONになる結果、電圧CP4’=3VSSがゲート電圧としてNチャネルトランジスターM24’に与えられるため、NチャネルトランジスターM24’はOFFになる。   In the phase B, the signal A becomes H level (0 V), the voltage CP3 'becomes VSS, and the voltage CP4' becomes 3VSS. In this case, since the signal A is at the H level, the P-channel transistor M21 'is OFF and the P-channel transistor M22' is ON. Then, as a result of the P channel transistor M22 'turned on outputting the drain current, the gate voltage of the N channel transistor M23' becomes higher than the source voltage CP4 '= 3 VSS, and the N channel transistor M23' is turned on. Further, as a result of the N-channel transistor M23 'being turned on, the voltage CP4' = 3VSS is applied as a gate voltage to the N-channel transistor M24 ', so that the N-channel transistor M24' is turned off.

ここで、フェーズBでは、クランプ電圧CP3’=VSSがNチャネルトランジスターM27’およびM28’のゲートに与えられ、NチャネルトランジスターM27’およびM28’がONになる。この結果、NチャネルトランジスターM28’のソース電圧、すなわち、差動増幅部21’の出力電圧はVSS−Vthとなる。   In phase B, the clamp voltage CP3 '= VSS is applied to the gates of the N-channel transistors M27' and M28 ', and the N-channel transistors M27' and M28 'are turned on. As a result, the source voltage of the N-channel transistor M28 ', that is, the output voltage of the differential amplifier 21' becomes VSS-Vth.

一方、PチャネルトランジスターM25’およびM26’は、電圧VSSがゲートに与えられるためにONになる。そして、ONであるPチャネルトランジスターM22’のドレイン電圧は0Vとなり、OFFであるPチャネルトランジスターM21’のドレイン電圧は、PチャネルトランジスターM25’に対するゲート電圧VSSに電圧Vthを加えた電圧VSS+Vthとなる。   On the other hand, the P-channel transistors M25 'and M26' are turned on because the voltage VSS is applied to the gate. The drain voltage of the P-channel transistor M22 'that is ON is 0V, and the drain voltage of the P-channel transistor M21' that is OFF is the voltage VSS + Vth obtained by adding the voltage Vth to the gate voltage VSS for the P-channel transistor M25 '.

差動増幅部21’の出力電圧がVSS−Vthとなる結果、バッファー部22’では、PチャネルトランジスターM29’がほぼOFF、NチャネルトランジスターM29’がONとなる。この結果、電圧CP4’=3VSSがNチャネルトランジスターM30’により選択され、ゲート電圧H_XA’としてNチャネルトランジスターM2’に出力される。これによりNチャネルトランジスターM2’がOFFとなり、NチャネルトランジスターM1’およびM2’間のノードN12’の電圧CP2がVSS、NチャネルトランジスターM2’およびM3’間のノードの電圧CP4’が3VSSとなる。   As a result of the output voltage of the differential amplifier 21 'being VSS-Vth, in the buffer 22', the P-channel transistor M29 'is substantially OFF and the N-channel transistor M29' is ON. As a result, the voltage CP4 '= 3VSS is selected by the N-channel transistor M30', and is output to the N-channel transistor M2 'as the gate voltage H_XA'. As a result, the N-channel transistor M2 'is turned OFF, the voltage CP2 at the node N12' between the N-channel transistors M1 'and M2' becomes VSS, and the voltage CP4 'at the node between the N-channel transistors M2' and M3 'becomes 3VSS.

以上の動作において、クランプ用のNチャネルトランジスターM27’およびM28’、PチャネルトランジスターM25’およびM26’は、レベルシフタS2’の全てのトランジスターのゲート酸化膜に印加される電圧を2VSS以内に抑える役割を果たす。   In the above operation, the clamping N-channel transistors M27 ′ and M28 ′ and the P-channel transistors M25 ′ and M26 ′ serve to suppress the voltage applied to the gate oxide films of all the transistors of the level shifter S2 ′ within 2 VSS. Fulfill.

仮にクランプ用のNチャネルトランジスターM27’およびM28’を設けなかった場合、フェーズBにおいてNチャネルトランジスターM24’のドレイン電圧は0Vになるので、NチャネルトランジスターM23’、M24’およびM30’のゲート酸化膜に3VSSの電圧が印加される。   If the N-channel transistors M27 ′ and M28 ′ for clamping are not provided, the drain voltage of the N-channel transistor M24 ′ becomes 0 V in the phase B. Therefore, the gate oxide films of the N-channel transistors M23 ′, M24 ′ and M30 ′ A voltage of 3 VSS is applied.

しかしながら、本実施形態では、クランプ用のNチャネルトランジスターM27’およびM28’が設けられており、フェーズBではこれらのトランジスターのゲートにクランプ電圧CP3’=VSSが与えられるため、NチャネルトランジスターM24’のドレイン電圧はVSS−Vthにクランプされる。このため、NチャネルトランジスターM23’、M24’およびM30’のゲート酸化膜に印加される電圧を2VSS+Vthにすることができる。   However, in this embodiment, clamping N-channel transistors M27 ′ and M28 ′ are provided, and in phase B, the clamp voltage CP3 ′ = VSS is applied to the gates of these transistors, so that the N-channel transistor M24 ′ The drain voltage is clamped to VSS-Vth. Therefore, the voltage applied to the gate oxide films of the N-channel transistors M23 ', M24' and M30 'can be 2VSS + Vth.

また、仮にクランプ用のPチャネルトランジスターM25’およびM26’を設けなかった場合、フェーズBにおいてPチャネルトランジスターM21’のドレイン電圧が3VSSになるので、PチャネルトランジスターM21’のゲート酸化膜に3VSSの電圧が印加される。   Further, if the clamping P-channel transistors M25 ′ and M26 ′ are not provided, the drain voltage of the P-channel transistor M21 ′ becomes 3 VSS in the phase B, so that the voltage of 3 VSS is applied to the gate oxide film of the P-channel transistor M21 ′. Is applied.

しかしながら、本実施形態では、クランプ用のPチャネルトランジスターM25’およびM26’が設けられており、これらのトランジスターのゲートにクランプ電圧VSSが与えられるため、PチャネルトランジスターM24’のドレイン電圧はVSS−Vthにクランプされる。このため、PチャネルトランジスターM24’のゲート酸化膜に印加される電圧をVSS−Vthにすることができる。
以上のように、本実施形態においても上記第1実施形態と同様な効果が得られる。
However, in this embodiment, clamping P-channel transistors M25 ′ and M26 ′ are provided, and the clamp voltage VSS is applied to the gates of these transistors, so that the drain voltage of the P-channel transistor M24 ′ is VSS−Vth. To be clamped. For this reason, the voltage applied to the gate oxide film of the P-channel transistor M24 ′ can be set to VSS−Vth.
As described above, the present embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment.

<応用例>
図9はこの発明によるチャージポンプの応用例であるプリンタ駆動回路の構成例を示す回路図である。図9に示すように、このプリンタ駆動回路は、制御回路31と、電源回路32と、LIF(レベルインタフェース)361および363、LSD(ローサイドドライバ)362、HSD(ハイサイドドライバ)364からなるゲート駆動回路36と、NチャネルトランジスターM33およびPチャネルトランジスターM34からなり、プリンタヘッド35を駆動する出力回路とを有している。ここで、電源回路32は、電源電圧LVDDを昇圧することによりゲート駆動回路36に対する電源電圧GVDDを発生する回路である。そして、ゲート駆動回路36は、制御回路31からの指令に従い、NチャネルトランジスターM33およびPチャネルトランジスターM34を駆動する回路であり、約100mAの電流を消費する。従って、電源回路32は、このゲート駆動回路36に約100mAの電流を供給する必要があるため、出力インピーダンスを極力低くする必要がある。この発明によるチャージポンプは、高効率での昇圧が可能であり、出力インピーダンスを低く抑えることができるので、このような電源回路32に好適である。しかも、この発明によるチャージポンプは、低耐圧のトランジスターにより構成することができるので、製造コストを安価にすることができる。従って、この発明によるチャージポンプを電源回路32として用いることにより、プリンタ駆動回路のコストを低減することができる。
<Application example>
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of a printer driving circuit which is an application example of the charge pump according to the present invention. As shown in FIG. 9, this printer drive circuit is a gate drive comprising a control circuit 31, a power supply circuit 32, LIFs (level interfaces) 361 and 363, LSD (low side driver) 362, and HSD (high side driver) 364. The circuit 36 includes an output circuit that includes an N-channel transistor M33 and a P-channel transistor M34, and drives the printer head 35. Here, the power supply circuit 32 is a circuit that generates the power supply voltage GVDD for the gate drive circuit 36 by boosting the power supply voltage LVDD. The gate drive circuit 36 is a circuit that drives the N-channel transistor M33 and the P-channel transistor M34 in accordance with a command from the control circuit 31, and consumes a current of about 100 mA. Therefore, since the power supply circuit 32 needs to supply a current of about 100 mA to the gate drive circuit 36, it is necessary to make the output impedance as low as possible. The charge pump according to the present invention is suitable for such a power supply circuit 32 because it can boost the voltage with high efficiency and keep the output impedance low. Moreover, since the charge pump according to the present invention can be constituted by a low breakdown voltage transistor, the manufacturing cost can be reduced. Therefore, by using the charge pump according to the present invention as the power supply circuit 32, the cost of the printer drive circuit can be reduced.

<他の実施形態>
以上、この発明の第1および第2実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば、次の通りである。
<Other embodiments>
Although the first and second embodiments of the present invention have been described above, other embodiments are conceivable for the present invention. For example:

(1)上記第1および第2実施形態では、クランプ用MOSFETを含むレベルシフタにより全てのレベルシフタS1〜S3(S1’〜S3’)を構成したが、トランジスターのゲート酸化膜に高電圧が印加されることにない一部のレベルシフタ(例えばレベルシフタS1またはS1’)をクランプ用MOSFETを含まないレベルシフタとしてもよい。 (1) In the first and second embodiments, all the level shifters S1 to S3 (S1 ′ to S3 ′) are configured by the level shifters including the clamp MOSFET, but a high voltage is applied to the gate oxide film of the transistor. Some of the level shifters (for example, the level shifter S1 or S1 ′) that are not particularly preferable may be level shifters that do not include the clamping MOSFET.

(2)上記第1実施形態では、レベルシフタS1〜S3にバッファー部22を設けたが、バッファー部22を設けず、差動増幅部21の例えばPチャネルトランジスターM23のドレイン電圧をレベルシフタS1〜S3の出力信号としてもよい(図4参照)。あるいはバッファー部22を2段のインバーターにより構成し、初段のインバーターにPチャネルトランジスターM23のドレイン電圧を供給してもよい。上記第2実施形態についても同様である。 (2) In the first embodiment, the buffer unit 22 is provided in the level shifters S1 to S3. However, the buffer unit 22 is not provided, and the drain voltage of, for example, the P-channel transistor M23 of the differential amplifier 21 is set to the level shifters S1 to S3. An output signal may be used (see FIG. 4). Alternatively, the buffer unit 22 may be configured by a two-stage inverter, and the drain voltage of the P-channel transistor M23 may be supplied to the first-stage inverter. The same applies to the second embodiment.

(3)上記第1実施形態では、PチャネルトランジスターM23およびM24のゲートにクランプ電圧CP3を与えたが、PチャネルトランジスターM23およびM24のゲートに電圧VDDを与えてもよい(図4参照)。また、上記第2実施形態では、NチャネルトランジスターM23’およびM24’のゲートにクランプ電圧CP3’を与えたが、NチャネルトランジスターM23’およびM24’のゲートに電圧VSSを与えてもよい(図7参照)。 (3) In the first embodiment, the clamp voltage CP3 is applied to the gates of the P-channel transistors M23 and M24. However, the voltage VDD may be applied to the gates of the P-channel transistors M23 and M24 (see FIG. 4). In the second embodiment, the clamp voltage CP3 ′ is applied to the gates of the N-channel transistors M23 ′ and M24 ′. However, the voltage VSS may be applied to the gates of the N-channel transistors M23 ′ and M24 ′ (FIG. 7). reference).

Cf1,Cf2,Cf3,Cf1’,Cf2’,Cf3’……キャパシター、N1,N1’……入力ノード、N2’,N2’……出力ノード、M1,M2,M3……Pチャネルトランジスター(転送用MOSFET)、M1’,M2’,M3’……Nチャネルトランジスター(転送用MOSFET)、10……VDD系回路、10’……VSS系回路、20,20’……レベルシフタ部、S1〜S3,S1’〜S3’……レベルシフタ、M21,M22,M25,M26,M29,M23’,M24’,M27’,M28’,M30’……Nチャネルトランジスター、M21’,M22’,M25’,M26’,M29’,M23,M24,M27,M28,M30……Pチャネルトランジスター。
Cf1, Cf2, Cf3, Cf1 ', Cf2', Cf3 '... Capacitor, N1, N1' ... Input node, N2 ', N2' ... Output node, M1, M2, M3 ... P-channel transistors (for transfer) MOSFET), M1 ′, M2 ′, M3 ′... N channel transistor (transfer MOSFET), 10... VDD system circuit, 10 ′... VSS system circuit, 20, 20 ′. S1 ′ to S3 ′... Level shifter, M21, M22, M25, M26, M29, M23 ′, M24 ′, M27 ′, M28 ′, M30 ′... N-channel transistors, M21 ′, M22 ′, M25 ′, M26 ′ , M29 ′, M23, M24, M27, M28, M30... P-channel transistors.

Claims (6)

昇圧対象である入力電圧が与えられる入力ノードと、
昇圧結果である出力電圧が発生する出力ノードと、
前記入力ノードと前記出力ノードとの間に直列接続された複数の転送用MOSFETと、
第1の電極と第2の電極とを備え、前記転送用MOSFETの両側のノードのうち前記出力ノード側のノードである転送先ノードに前記第1の電極が電気的に接続されたキャパシターと、
前記複数の転送用MOSFETのうち一つの転送用MOSFETのゲートに電気的に接続され、前記一つの転送用MOSFETをON/OFFに切り換えるようにゲート電圧を出力するレベルシフタと、
前記複数の転送用MOSFETのうち前記入力ノードから数えて偶数番目の転送用MOSFETのみをONにする第1の制御と、前記入力ノードから数えて奇数番目の転送用MOSFETのみをONにする第2の制御を交互に繰り返し、前記第1および第2の制御において、前記複数の転送用MOSFETのうちONにする転送用MOSFETの前記出力ノード側のノードに電気的に接続されたキャパシターの前記第2の電極を第1の基準電圧源に電気的に接続し、前記入力ノード側のノードに第1の電極が接続されたキャパシターの第2の電極を前記第1の基準電圧源と異なる電圧を発生する第2の基準電圧源に電気的に接続するスイッチング制御手段とを備え、
前記レベルシフタは、
前記転送先ノードにソースが電気的に接続された第1の導電型の第1のMOSFETと、
前記転送先ノードにソースが電気的に接続され、ゲートが前記第1のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ドレインが前記第1のMOSFETのゲートに電気的に接続された第1の導電型の第2のMOSFETと、
ソースが前記第1の基準電圧源に電気的に接続され、第2の導電型の第3のMOSFETと、
ソースが前記第1の基準電圧源に電気的に接続され、第2の導電型の第4のMOSFETと、
前記第3のMOSFETと前記第4のMOSFETとは排他的にONされ、クランプ用MOSFETとして、前記第1のMOSFETのドレインにソースが電気的に接続され、ゲートに第1のクランプ電圧が与えられる第1の導電型の第5のMOSFETと、
前記第2のMOSFETのドレインにソースが電気的に接続され、ゲートに前記第1のクランプ電圧が与えられる第1の導電型の第6のMOSFETと、
ソースが前記第3のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ドレインが前記第5のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ゲートに第2のクランプ電圧が与えられる第2の導電型の第7のMOSFETと、
ソースが前記第4のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ドレインが前記第6のMOSFETのドレインに電気的に接続され、ゲートに前記第2のクランプ電圧が与えられる第2の導電型の第8のMOSFETとを有し、
前記転送先ノードに第1の電極が電気的に接続されたキャパシターの第2の電極の電圧を前記第1のクランプ電圧と
前記第1のMOSFET又は前記第2のMOSFETのドレイン電圧に基づいて、前記ゲート電圧を前記一つの転送用MOSFETのゲートに出力する、
ことを特徴とするチャージポンプ。
An input node to which an input voltage to be boosted is applied;
An output node that generates an output voltage that is a boost result; and
A plurality of transfer MOSFETs connected in series between the input node and the output node;
A capacitor comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode is electrically connected to a transfer destination node which is a node on the output node side among nodes on both sides of the transfer MOSFET;
A level shifter that is electrically connected to the gate of one transfer MOSFET among the plurality of transfer MOSFETs and outputs a gate voltage so as to switch the one transfer MOSFET ON / OFF;
First control for turning on only even-numbered transfer MOSFETs counted from the input node among the plurality of transfer MOSFETs, and second for turning on only odd-numbered transfer MOSFETs counted from the input node Of the capacitor electrically connected to the node on the output node side of the transfer MOSFET that is turned ON among the plurality of transfer MOSFETs in the first and second controls. The first electrode is electrically connected to the first reference voltage source, and the second electrode of the capacitor having the first electrode connected to the node on the input node side generates a voltage different from that of the first reference voltage source. Switching control means electrically connected to the second reference voltage source
The level shifter is
A first MOSFET of a first conductivity type having a source electrically connected to the transfer destination node;
A first conductivity type having a source electrically connected to the transfer destination node, a gate electrically connected to a drain of the first MOSFET, and a drain electrically connected to a gate of the first MOSFET; A second MOSFET of
Source electrically connected to said first reference voltage source, a third MOSFET of the second conductivity type,
A source electrically connected to the first reference voltage source; a fourth MOSFET of a second conductivity type;
The third MOSFET and the fourth MOSFET are exclusively turned on, and as a clamp MOSFET, the source is electrically connected to the drain of the first MOSFET, and the first clamp voltage is applied to the gate. A fifth MOSFET of the first conductivity type;
A sixth MOSFET of a first conductivity type, the source of which is electrically connected to the drain of the second MOSFET and the first clamp voltage applied to the gate;
A seventh conductivity type seventh element having a source electrically connected to the drain of the third MOSFET, a drain electrically connected to the drain of the fifth MOSFET, and a second clamp voltage applied to the gate. MOSFET of
The second conductivity type second source is electrically connected to the drain of the fourth MOSFET, the drain is electrically connected to the drain of the sixth MOSFET, and the second clamp voltage is applied to the gate. 8 MOSFETs,
The voltage of the second electrode of the capacitor in which the first electrode is electrically connected to the transfer destination node and said first clamp voltage,
Based on the drain voltage of the first MOSFET or the second MOSFET, the gate voltage is output to the gate of the one transfer MOSFET.
A charge pump characterized by that.
前記レベルシフタは、前記第2の基準電圧源の電圧を前記第2のクランプ電圧とすることを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ。   2. The charge pump according to claim 1, wherein the level shifter uses the voltage of the second reference voltage source as the second clamp voltage. 3. 前記第1の基準電圧源は低電位電圧源、前記第2の基準電圧源は高電位電圧源であり、前記第1の導電型はP型、前記第2の導電型はN型であることを特徴とする請求項1又は2に記載のチャージポンプ。   The first reference voltage source is a low potential voltage source, the second reference voltage source is a high potential voltage source, the first conductivity type is P-type, and the second conductivity type is N-type. The charge pump according to claim 1 or 2. 前記第1の基準電圧源は高電位電圧源、前記第2の基準電圧源は低電位電圧源であり、前記第1の導電型はN型、前記第2の導電型はP型であることを特徴とする請求項1又は2に記載のチャージポンプ。 The first reference voltage source is a high potential voltage source, the second reference voltage source is a low potential voltage source, the first conductivity type is N-type, and the second conductivity type is P-type. The charge pump according to claim 1 or 2 . 前記転送用MOSFETは、P型半導体基板に形成されたNウェルに形成されたPチャネルMOSFETであり、前記Nウェルとソースとが電気的に接続されており、この接続点が当該転送用MOSFETの前記出力ノード側の前記転送先ノードをなすことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1の請求項に記載のチャージポンプ。   The transfer MOSFET is a P-channel MOSFET formed in an N well formed on a P-type semiconductor substrate, and the N well and the source are electrically connected, and this connection point is the transfer MOSFET. The charge pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the charge pump is the transfer destination node on the output node side. 前記転送用MOSFETは、N型半導体基板に形成されたPウェルに形成されたNチャネルMOSFETであり、前記Pウェルとソースとが電気的に接続されており、この接続点が当該転送用MOSFETの前記出力ノード側の転送先ノードをなすことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1の請求項に記載のチャージポンプ。   The transfer MOSFET is an N-channel MOSFET formed in a P well formed in an N-type semiconductor substrate, and the P well and the source are electrically connected, and this connection point is the transfer MOSFET. The charge pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the charge pump is a transfer destination node on the output node side.
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