JP7134255B2 - Charge pump circuit and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、チャージポンプ回路及び当該チャージポンプ回路を備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a charge pump circuit and a semiconductor device having the charge pump circuit.
入力端子の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子に得る回路として、特開2003-33006号公報(特許文献1)及び特開2006-67764号公報(特許文献2)等に記載されたチャージポンプ回路が公知である。チャージポンプ回路は、入力端子及び出力端子の間に直列接続された複数のスイッチ素子のオン及びオフがクロック信号に応じて切換えられることによるキャパシタの充放電によって、入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子に発生される。 Charge pumps described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-33006 (Patent Document 1) and 2006-67764 (Patent Document 2), etc., as circuits for obtaining an output voltage obtained by boosting the input voltage of the input terminal at the output terminal. circuits are known. A charge pump circuit boosts an input voltage and outputs an output voltage by charging and discharging a capacitor by switching on and off of a plurality of switching elements connected in series between an input terminal and an output terminal according to a clock signal. generated at the terminal.
これらのチャージポンプ回路では、動作停止状態において、上記複数のスイッチ素子の寄生ダイオードを介して、入力端子から出力端子へ電流が供給されることにより、出力電圧を0V(接地電圧)に下げることが困難である。これにより、チャージポンプ回路の出力電圧を電源とする回路群では、電圧が印加されることによってリーク電流が発生する。 In these charge pump circuits, when the operation is stopped, current is supplied from the input terminal to the output terminal through the parasitic diodes of the plurality of switch elements, thereby reducing the output voltage to 0 V (ground voltage). Have difficulty. As a result, in a circuit group that uses the output voltage of the charge pump circuit as a power supply, a leak current is generated due to the application of the voltage.
半導体素子の微細化が進展するとリーク電流が増大するため、上述のチャージポンプ回路での問題は、電子機器の動作停止時における消費電流(言い換えると、待機電力)に大きく影響する。 As the miniaturization of semiconductor elements progresses, the leakage current increases, so the problem with the charge pump circuit described above greatly affects current consumption (in other words, standby power) when the electronic device stops operating.
特許文献1では、チャージポンプ回路において、入力電圧の供給を遮断するためのトランジスタ、及び、出力電圧を接地電圧に強制的に固定するためのトランジスタを追加配置して、両トランジスタをリセット信号に応じて動作させる構成が開示される。これにより、チャージポンプ回路の動作停止時に、入力端子から出力端子への電流を遮断し、かつ、出力電圧を接地電圧に固定される。
In
特許文献2には、入力端子及び接続端子間に接続されるスイッチ素子のバックゲートの接続先を切り換える機構を設けるとともに、チャージポンプ回路の動作中と動作停止中との間で寄生ダイオードの極性を反転させることで、動作停止時の消費電流を低減することが記載されている。 In Patent Document 2, a mechanism is provided for switching the connection destination of the back gate of the switch element connected between the input terminal and the connection terminal, and the polarity of the parasitic diode is changed between operating and stopping the charge pump circuit. It is described that the inversion reduces the current consumption when the operation is stopped.
しかしながら、特許文献1の構成では、入力電圧の供給を遮断するためのトランジスタを、チャージポンプ回路の動作時には出力端子への供給電流が通過する。このため、チャージポンプ回路の電流能力を確保するためには、上記遮断用に追加されるトランジスタの素子サイズが大きくならざるを得ない。従って、回路の大型化が懸念される。
However, in the configuration of
特許文献2では、入力端子及び出力端子間に直列接続される複数のスイッチ素子がNチャネル型トランジスタで構成されている。このため、チャージポンプ回路の動作停止時には、ゲート電圧の低下に応じてNチャネル型トランジスタがオフされると、寄生ダイオードの極性を反転させてバックゲートを経由した電流経路を遮断することで、入力端子から出力端子への電流を遮断できる。 In Patent Document 2, a plurality of switch elements connected in series between an input terminal and an output terminal are composed of N-channel transistors. Therefore, when the charge pump circuit stops operating, the polarity of the parasitic diode is reversed to cut off the current path through the back gate when the N-channel transistor is turned off in response to a drop in the gate voltage. It can cut off the current from the terminal to the output terminal.
しかしながら、上記複数のスイッチ素子がPチャネル型トランジスタで構成された場合には、チャージポンプ回路の動作時に当該Pチャネル型トランジスタをオフするためにはゲート電圧を出力電圧レベルとする必要がある一方で、動作停止時には、出力電圧を接地電圧まで低下させると、当該Pチャネル型トランジスタをオフできなくなることで、入力端子から出力端子への電流を遮断できなくなることが懸念される。 However, when the plurality of switch elements are composed of P-channel transistors, it is necessary to set the gate voltage to the output voltage level in order to turn off the P-channel transistors during the operation of the charge pump circuit. When the operation is stopped, if the output voltage is lowered to the ground voltage, the P-channel transistor cannot be turned off, so there is a concern that the current from the input terminal to the output terminal cannot be interrupted.
即ち、Pチャネル型トランジスタで構成された複数のスイッチ素子に対して、特許文献2を組み合わせると、出力電圧が0Vに放電されることにより、複数のスイッチ素子を構成するPチャネル型トランジスタのゲートに供給される電圧も0Vとなるため、各スイッチ素子がオフできくなり、複数のスイッチ素子を介して入力端子から出力端子へと電流が供給されることが懸念される。 That is, when a plurality of switch elements composed of P-channel transistors are combined with Patent Document 2, the output voltage is discharged to 0 V, and the gates of the P-channel transistors constituting the plurality of switch elements are discharged. Since the supplied voltage is also 0 V, each switch element cannot be turned off, and there is concern that current will be supplied from the input terminal to the output terminal via a plurality of switch elements.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その主な目的は、動作停止状態において、入力端子から出力端子への電流供給を遮断して出力端子の放電可能なチャージポンプ回路の構成を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and its main object is to cut off the current supply from the input terminal to the output terminal and discharge the output terminal when the operation is stopped. Another object of the present invention is to provide a configuration of a charge pump circuit.
本発明のある局面では、入力電圧を昇圧した出力電圧を発生するチャージポンプ回路は、入力電圧が入力される入力端子と、出力電圧を出力する出力端子と、複数の第1のP型トランジスタと、複数のスイッチ駆動回路と、第1及び第2の端子を有するキャパシタと、電圧選択回路と、バックゲート切断スイッチ素子と、バックゲート切断スイッチ駆動回路と、放電素子とを備える。放電素子は、チャージポンプ回路の動作停止状態においてオンすることで出力端子を放電する。複数の第1のP型トランジスタは、入力端子及び出力端子の間に直列に接続され、複数のスイッチ素子をそれぞれ構成する。複数のスイッチ駆動回路は、互いに相補の第1及び第2のクロックの一方のクロックに従って、複数の第1のP型トランジスタの各々の制御電極に対して基準電圧及び出力電圧の一方を選択的に出力して、複数のスイッチ素子のオンオフをそれぞれ制御する。キャパシタの第1の端子は、複数のスイッチ素子のうちの隣接する2個のスイッチ素子の接続点に接続される。電圧選択回路は、第1又は第2のクロックに従って、キャパシタの第2の端子に、基準電圧及び入力電圧の一方を選択的に出力する。バックゲート切断スイッチ素子は、複数の第1のP型トランジスタのうちの少なくとも1つの第1のP型トランジスタにおけるバックゲートと、当該第1のP型トランジスタの2個の主電極のうちの出力端子側の主電極との間に接続される。バックゲート切断スイッチ駆動回路は、昇圧動作状態にバックゲート切断スイッチ素子をオンする一方で、動作停止状態にバックゲート切断スイッチ素子をオフする。バックゲート切断スイッチ素子を構成する第2のP型トランジスタは、第1のP型トランジスタにおけるバックゲートと接続される第1の主電極と、第1のP型トランジスタの出力端子側の主電極と接続された第2の主電極とを有する。第2のP型トランジスタにおけるバックゲートは、第1の主電極と接続される。複数のスイッチ駆動回路のうちの、バックゲート切断スイッチ素子が接続された少なくとも1つの第1のP型トランジスタに対応する、少なくとも1つの第1のスイッチ駆動回路は、チャージポンプ回路の動作停止状態において、入力電圧を第1のP型トランジスタにおける制御電極に対して出力する。 In one aspect of the present invention, a charge pump circuit that boosts an input voltage to generate an output voltage includes an input terminal to which the input voltage is input, an output terminal to output the output voltage, and a plurality of first P-type transistors. , a plurality of switch drive circuits, a capacitor having first and second terminals, a voltage selection circuit, a backgate disconnect switch element, a backgate disconnect switch drive circuit, and a discharge element. The discharge element discharges the output terminal by being turned on when the charge pump circuit is in an inoperative state. A plurality of first P-type transistors are connected in series between the input terminal and the output terminal, and constitute a plurality of switch elements, respectively. The plurality of switch drive circuits selectively apply one of the reference voltage and the output voltage to the control electrode of each of the plurality of first P-type transistors according to one of complementary first and second clocks. output to control on/off of a plurality of switch elements. A first terminal of the capacitor is connected to a connection point of two adjacent switch elements among the plurality of switch elements. The voltage selection circuit selectively outputs one of the reference voltage and the input voltage to the second terminal of the capacitor according to the first or second clock. The backgate disconnecting switch element includes a backgate of at least one first P-type transistor among the plurality of first P-type transistors and an output terminal of the two main electrodes of the first P-type transistor. connected between the main electrodes on the side. The back gate disconnect switch drive circuit turns on the back gate disconnect switch element in the boost operation state, and turns off the back gate disconnect switch element in the operation stop state. The second P-type transistor constituting the backgate disconnecting switch element has a first main electrode connected to the backgate of the first P-type transistor and a main electrode on the output terminal side of the first P-type transistor. and a connected second main electrode. A back gate of the second P-type transistor is connected to the first main electrode. Of the plurality of switch drive circuits, at least one first switch drive circuit corresponding to at least one first P-type transistor to which the back gate disconnecting switch element is connected is operated in a state where the charge pump circuit is stopped. , outputs the input voltage to the control electrode of the first P-type transistor.
上記チャージポンプ回路によれば、動作停止状態には、第1のスイッチ駆動回路による第1のP型トランジスタのゲートへの入力電圧の供給と、第2のP型トランジスタに形成される寄生ダイオードによって入力端子から出力端子への電流を遮断することができる。とともに、出力端子を放電して、出力電圧を接地電圧まで低下することができる。 According to the above charge pump circuit, when the operation is stopped, the input voltage is supplied to the gate of the first P-type transistor by the first switch driving circuit, and the parasitic diode formed in the second P-type transistor causes A current can be cut off from the input terminal to the output terminal. At the same time, the output terminal can be discharged and the output voltage can be lowered to the ground voltage.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Below, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts in the drawings, and the description thereof will not be repeated in principle.
実施の形態1.
(比較例の説明)
まず、一般的なチャージポンプ回路の構成を、本実施の形態の比較例として説明する。
(Description of Comparative Example)
First, the configuration of a general charge pump circuit will be described as a comparative example of this embodiment.
図1は、比較例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。以下の説明で明らかになるように、比較例に係るチャージポンプ回路100の基本的な回路動作(昇圧動作)は、後述する本実施の形態に係るチャージポンプ回路と同様であるが、比較例に係るチャージポンプ回路100は、出力端子の地絡時における短絡電流の遮断機能について、特許文献1と同様の課題を有するものである。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the configuration of a charge pump circuit according to a comparative example. As will be clear from the following description, the basic circuit operation (boosting operation) of the
図1を参照して、比較例に係るチャージポンプ回路100は、入力端子5と、出力端子10と、入力端子5及び出力端子10の間に直列接続された「複数のスイッチ素子」を構成するPチャネル型(単に、P型とも称する)のトランジスタPMOS5,PMOS6と、スイッチ駆動回路11,12と、インバータ20と、インバータ駆動回路13,14と、キャパシタC1とを備える。以下では、入力端子5の電圧を入力電圧VIN、出力端子10の電圧を出力電圧VOUTと称する。
Referring to FIG. 1, a
図1中に示されたクロック信号CLK1~CLK4の各々は、チャージポンプ回路100の動作期間において、論理ハイレベル(以下、「Hレベル」と表記)、及び、論理ローレベル(以下、「Lレベル」と表記)を一定周期で繰り返す。 Each of clock signals CLK1-CLK4 shown in FIG. ”) is repeated at regular intervals.
トランジスタPMOS5は、入力端子5と接続されたノードNp0と、ノードNp1との間に電気的に接続される。トランジスタPMOS5のゲートは、スイッチ駆動回路11の出力ノードN3と接続される。トランジスタPMOS5は、バックゲートをノードNp1と接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD9を有する。
Transistor PMOS5 is electrically connected between node Np0 connected to
トランジスタPMOS6は、ノードNp1と、出力端子10と接続されたノードNp2との間に電気的に接続される。トランジスタPMOS6のゲートは、スイッチ駆動回路12の出力ノードN4と接続される。トランジスタPMOS6は、バックゲートをノードNp2と接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD10を有する。
Transistor PMOS6 is electrically connected between node Np1 and node Np2 connected to output terminal . The gate of transistor PMOS6 is connected to output node N4 of
スイッチ駆動回路11は、ノードNp2及び接地ノードNgの間にノードN3を介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS1及びNチャネル型(単に、N型とも称する)のトランジスタNMOS1を有する。トランジスタPMOS1及びNMOS1のゲートには、クロック信号CLK1が共通に入力される。接地ノードNgは、基準電圧(代表的には、接地電圧GND)を供給する。
The
同様に、スイッチ駆動回路12は、ノードNp2及び接地ノードNgの間にノードN4を介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS2及びN型のトランジスタNMOS2を有する。トランジスタPMOS2及びNMOS2のゲートには、クロック信号CLK2が共通に入力される。
Similarly, the
スイッチ駆動回路11,12は、出力電圧VOUT及び接地電圧GNDを電源として、クロック信号CLK1,CLK2を入力とするインバータを構成している。トランジスタPMOS1及びNMOS1は、バックゲートをノードNp2及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD1及びD2を有する。同様に、トランジスタPMOS2及びNMOS2は、バックゲートをノードNp2及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD3及びD4を有する。
The
インバータ20は、ノードNp0(入力電圧VIN)及び接地ノードNg(接地電圧GND)の間にノードN2を介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS7及びN型のトランジスタNMOS5を有する。ノードN2は、キャパシタC1を経由して、ノードNp1と接続される。
The
トランジスタPMOS7のゲートは、クロック信号CLK3を入力されるインバータ駆動回路13の出力ノードと接続される。トランジスタNMOS5のゲートは、クロック信号CLK4を入力されるインバータ駆動回路14の出力ノードと接続される。トランジスタPMOS7及びNMOS5は、バックゲートをノードNp0及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD11及びD12を有する。
The gate of transistor PMOS7 is connected to the output node of
インバータ駆動回路13は、ノードNp0(入力電圧VIN)及び接地ノードNg(接地電圧GND)の間に、トランジスタPMOS7のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS3及びN型のトランジスタNMOS3を有する。トランジスタPMOS3及びNMOS3のゲートには、クロック信号CLK3が共通に入力される。
The
同様に、インバータ駆動回路14は、ノードNp0(入力電圧VIN)及び接地ノードNg(接地電圧GND)の間に、トランジスタNMOS5のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS4及びN型のトランジスタNMOS4を有する。トランジスタPMOS4及びNMOS4のゲートには、クロック信号CLK4が共通に入力される。
Similarly, the
インバータ駆動回路13,14は、入力電圧VIN及び接地電圧GNDを電源として、クロック信号CLK3,CLK4を入力とするインバータを構成している。トランジスタPMOS3及びNMOS3は、バックゲートをノードNp0及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD5及びD6を有する。同様に、トランジスタPMOS4及びNMOS4は、バックゲートをノードNp0及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD7及びD8を有する。
The
図2は、チャージポンプ回路100に入力されるクロック信号CLK1~CLK4の波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram of clock signals CLK1 to CLK4 input to the
図2を参照して、クロック信号CLK1と、クロック信号CLK2~CLK4とは、逆相であり、クロック信号CLK2~CLK4は同相である。但し、クロック信号CLK1~CLK4のエッジ間には、複数のトランジスタの同時導通による貫通電流を防止するための時間差(いわゆる、デッドタイム相当)が設けられる。 Referring to FIG. 2, clock signal CLK1 and clock signals CLK2-CLK4 are in opposite phase, and clock signals CLK2-CLK4 are in phase. However, between the edges of the clock signals CLK1 to CLK4, a time difference (so-called dead time equivalent) is provided to prevent through current due to simultaneous conduction of a plurality of transistors.
例えば、互いに逆相の基準クロックCLKa,CLKbに対して上記デッドタイムを不付与することによって、クロック信号CLK1~CLK4を生成することが可能である。尚、当該デッドタイムは、通常、数(ns)~数十(ns)程度であるが、図2中では、クロック周期に対して誇張して表記されている。 For example, the clock signals CLK1 to CLK4 can be generated by not giving the dead time to the reference clocks CLKa and CLKb having phases opposite to each other. Although the dead time is usually several (ns) to several tens (ns), it is exaggerated with respect to the clock period in FIG.
図3には、チャージポンプ回路100の昇圧動作を説明する図表が示される。チャージポンプ回路100は、相補である基準クロックCLKa及びCLKbに基づくクロック信号CLK1~CLK4に従って、図3に示される状態1及び状態2を交互に繰り返す。
FIG. 3 shows a chart for explaining the boosting operation of the
図3及び図1を参照して、状態1では、基準クロックCLKa(クロック信号CLK1)がHレベルである一方で、基準クロックCLKb(クロック信号CLK2~CLK4)はLレベルである。従って、スイッチ駆動回路11は、ノードN3にLレベル電圧(接地電圧GND)を出力する。一方で、スイッチ駆動回路12は、ノードN4にHレベル電圧(出力電圧VOUT)を出力する。この結果、複数のスイッチ素子については、トランジスタPMOS5がオンする一方で、トランジスタPMOS6はオフする。
3 and 1, in
又、インバータ駆動回路13及び14が入力電圧VINを出力するため、トランジスタPMOS7がオフする一方で、トランジスタNMOS5がオンする。従って、インバータ20は、ノードN2を接地ノードNgと接続する。この結果、状態1では、ノードNp1は、入力端子5(入力電圧VIN)と接続される一方で、出力端子10からは切り離される。更に、キャパシタC1は、ノードNp1及び接地ノードNgの間に接続されることにより、入力電圧VINにより充電される。従って、キャパシタ電圧V(C1)=VINとなる。
Further, since the
これに対して、状態2では、クロック信号CLK1(基準クロックCLKa)がLレベルである一方で、クロック信号CLK2~CLK4(基準クロックCLKb)はHレベルである。従って、ノードN3、即ち、トランジスタPMOS5のゲート電圧が出力電圧VOUT、ノードN4、即ち、トランジスタPMOS6のゲート電圧が接地電圧GNDとなる。これにより、複数のスイッチ素子では、トランジスタPMOS6がオンする一方で、トランジスタPMOS5はオフされる。 In contrast, in state 2, clock signal CLK1 (reference clock CLKa) is at L level, while clock signals CLK2 to CLK4 (reference clock CLKb) are at H level. Therefore, the node N3, that is, the gate voltage of the transistor PMOS5 becomes the output voltage VOUT, and the node N4, that is, the gate voltage of the transistor PMOS6 becomes the ground voltage GND. As a result, in the plurality of switch elements, the transistor PMOS6 is turned on, while the transistor PMOS5 is turned off.
又、インバータ駆動回路13及び14が接地電圧GNDを出力するため、トランジスタPMOS7がオンする一方で、トランジスタNMOS5がオフする。従って、インバータ20は、ノードN2をノードNp0と接続する。この結果、状態2では、ノードNp1は、入力端子5(入力電圧VIN)と切り離される一方で、出力端子10と接続される。更に、キャパシタC1は、入力端子5(ノードNp0)及びノードNp1の間に接続される。従って、出力端子10での出力電圧VOUTは、入力電圧VINと、キャパシタ電圧V(C1)との和、即ち、入力電圧VINの2倍となる。
Further, since the
チャージポンプ回路100は、クロック信号CLK1~CLK4に従って上述の状態1及び状態2を交互に繰り返すことによって、入力電圧VINの2倍の出力電圧VOUTを出力する昇圧動作を実行することができる。
The
図1に示したチャージポンプ回路100において、昇圧動作が停止された動作停止状態では、基準クロックCLKa,CLKbの発振が停止されて、クロック信号CLK1~CLK4はHレベル又はLレベルに停止される。
In the
動作停止状態では、図3の状態1に固定されると、トランジスタPMOS5がオンされる一方でトランジスタPMOS6がオフされる。しかしながら、オン状態のトランジスタPMOS5と、オフ状態のトランジスタPMOS6の寄生ダイオードD10とによって、入力端子5から出力端子10への電流経路が形成される。このとき、出力電圧VOUTは、入力電圧VINから寄生ダイオードD10による順方向の電圧降下量だけ低い電圧となる。
In the non-operating state, fixed at
一方で、図3の状態1に固定されると、トランジスタPMOS6がオンされる一方でトランジスタPMOS5がオフされる。しかしながら、オン状態のトランジスタPMOS6と、オフ状態のトランジスタPMOS5の寄生ダイオードD9とによって、入力端子5から出力端子10への電流経路が形成される。このとき、出力電圧VOUTは、入力電圧VINから寄生ダイオードD9による順方向の電圧降下量だけ低い電圧となる。
On the other hand, when fixed to
又、動作停止時に出力端子10を放電して出力電圧VOUTが低下すると、スイッチ駆動回路11,12からノードN3,N4、即ち、トランジスタPMOS5,PMOS6のゲートに出力される電圧も低下する。このため、入力電圧VINよりも高いゲート電圧を確保して、トランジスタPMOS5,PMOS6をオフすることが困難になる。
When the
仮に、トランジスタPMOS5,PMOS6の両方をオフできても、寄生ダイオードD)及びD10によって、入力端子5から出力端子10への電流経路が形成されてしまう。このとき、出力電圧VOUTは、入力電圧VINから寄生ダイオードD9及びD10による順方向の電圧降下量の和だけ低い電圧となる。
Even if both the transistors PMOS5 and PMOS6 can be turned off, a current path from the
このように、比較例のチャージポンプ回路100では、動作停止時において入力端子から出力端子への電流を遮断し、かつ、出力端子の電圧を低下させることが困難である。
Thus, in the
(実施の形態1の説明)
図4は、実施の形態1に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。(Description of Embodiment 1)
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the charge pump circuit according to the first embodiment.
図4を参照して、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101は、比較例に係るチャージポンプ回路100と同様の昇圧動作を実行するとともに、動作停止状態における、入力端子5から出力端子10への電流遮断機能を有するものである。
Referring to FIG. 4,
実施の形態1に係るチャージポンプ回路101は、比較例のチャージポンプ回路100と比較して、スイッチ素子であるトランジスタPMOS5のバックゲートに接続されたトランジスタPMOS13と、トランジスタPMOS13のオンオフを制御するスイッチ駆動回路30と、「放電素子」の一実施例に対応するN型のトランジスタNMOS7とをさらに備える。
Compared to the
さらに、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101は、比較例のチャージポンプ回路100でのスイッチ駆動回路12に代えて、スイッチ駆動回路21を備える。スイッチ駆動回路21は、トランジスタPMOS13が接続されたスイッチ素子であるトランジスタPMOS6のオンオフを制御する。
Further, the
実施の形態1に係るチャージポンプ回路101のその他の部分の構成は、比較例に係るチャージポンプ回路100(図1)と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。尚、図4の構成例において、トランジスタPMOS5及びPMOS6は「複数のスイッチ素子」を構成する「第1のP型トランジスタ」の一実施例に対応し、トランジスタPMOS13は「バックゲート切断スイッチ素子」を構成する「第2のP型トランジスタ」の一実施例に対応する。又、スイッチ駆動回路30は「バックゲート切断スイッチ素子駆動回路」の一実施例に対応する。更に、ノードNp1は、隣接する2個スイッチ素子間の「接続点」に相当し、インバータ駆動回路13及び14とインバータ20とによって、「電圧選択回路」の一実施例が構成される。
Since the configuration of other portions of
トランジスタPMOS13は、トランジスタPMOS6のバックゲートと、トランジスタPMOS6の2個の主電極(ソース及びドレイン)のうちの出力端子10側の主電極(図4ではソース)との間に接続される。
The transistor PMOS13 is connected between the back gate of the transistor PMOS6 and the main electrode (source in FIG. 4) on the
図5には、チャージポンプ回路101の電流遮断構造を説明するためのトランジスタPMOS6及びPMOS13の概念的な断面図が示される。
FIG. 5 shows a conceptual cross-sectional view of the transistors PMOS6 and PMOS13 for explaining the current blocking structure of the
図5を参照して、P型基板60には、Nウェル61及びNウェル71が形成される。トランジスタPMOS6は、Nウェル61に形成された、P+領域62及び63と、N+領域65とを有する。P+領域62及び63は、トランジスタPMOS6の第1及び第2の主電極(ソース及びドレインの一方ずつ)に対応する。N+領域65は、トランジスタPMOS6のバックゲートに対応する。トランジスタPMOS6は、さらに、P+領域62及び63の間のチャネル領域の直上に絶縁膜を介して形成される、制御電極に相当するゲート64をさらに有する。
Referring to FIG. 5, N-
同様に、トランジスタPMOS13は、Nウェル71に形成された、P+領域72及び73と、ゲート74と、N+領域75とを有する。P+領域72及び73は、トランジスタPMOS13の第1及び第2の主電極(ソース及びドレインの一方ずつ)に対応し、N+領域75は、トランジスタPMOS13のバックゲートに対応する。ゲート64は、トランジスタPMOS13の制御電極に相当する。
Similarly, transistor PMOS13 has
トランジスタPMOS6において、P+領域63はノードNp2(即ち、出力端子10)と接続され、P+領域62は、キャパシタC1と接続されたノードNp1と接続される。ゲート64は、スイッチ駆動回路21の出力を受けるノードN4と接続される。トランジスタPMOS6において、P+領域62及びP+領域63は「主電極」の一実施例に対応し、特に、P+領域63は、出力端子10側の「主電極」に対応する。
In transistor PMOS6,
トランジスタPMOS13において、P+領域73はノードNp2(即ち、トランジスタPMOS6のP+領域63)と接続され、ゲート74は、スイッチ駆動回路30の出力を受けるノードN5と接続される。P+領域72は、N+領域75及びトランジスタPMOS6のN+領域65と接続される。この結果、トランジスタPMOS13では、出力端子10と接続されるP+領域73と、Nウェル71とのPN接合によって寄生ダイオードが形成される。同様に、トランジスタPMOS13では、ノードNp1と接続されるP+領域62と、Nウェル61とのPN接合によって寄生ダイオードが形成される。又、PMOS6及びPMOS13のボディ(バックゲート)同士は電気的に接続される。即ち、「第2のP型トランジスタ」の一実施例であるトランジスタPMOS13において、P+領域72は「第1の主電極」の一実施例に対応し、P+領域73は「第2の主電極」の一実施例に対応し、N+領域75は「バックゲート」の一実施例に対応する。
In transistor PMOS13,
再び図4を参照して、トランジスタPMOS6の主電極間には、PMOS6の寄生ダイオードD10、PMOS6及びPMOS13のボディ(バックゲート)、並びに、PMOS13の寄生ダイオードD23による経路が形成される。当該バックゲートを含む経路上において、図5で説明した接続関係とすることで、寄生ダイオードD10及びD23は逆極性で直列接続されることになる。 Referring to FIG. 4 again, a path is formed between the main electrodes of the transistor PMOS6 by the parasitic diode D10 of PMOS6, the body (backgate) of PMOS6 and PMOS13, and the parasitic diode D23 of PMOS13. By establishing the connection relationship described in FIG. 5 on the path including the back gate, the parasitic diodes D10 and D23 are connected in series with opposite polarities.
スイッチ駆動回路30は、ノードNp0及び接地ノードNgの間にノードN5を介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS14及びN型のトランジスタNMOS11を有する。トランジスタPMOS14及びNMOS11のゲートには、制御信号ENが共通に入力される。制御信号ENは、チャージポンプ回路の昇圧動作状態ではHレベルに設定される一方で、動作停止状態でLレベルに設定される。
The
スイッチ駆動回路30は、入力電圧VIN及び接地電圧GNDを電源として、制御信号ENを入力とするインバータを構成している。トランジスタPMOS14及びNMOS11は、バックゲートをノードNp1及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD24及びD25を有する。上述のように、スイッチ駆動回路30の出力ノードN5は、トランジスタPMOS13のゲートと接続される。
The
スイッチ駆動回路21は、図1のスイッチ駆動回路12と同様にインバータ接続されたトランジスタPMOS2及びNMOS2に加えて、トランジスタPMOS11及びPMOS12をさらに有する。トランジスタPMOS11は、ノードNp0(入力電圧VIN)及びトランジスタPMOS2のソースに相当するノードNsの間に接続される。トランジスタPMOS12は、ノードNp2(出力電圧VOUT)及びノードNs(トランジスタPMOS2)の間に接続される。
The
トランジスタPMOS11のゲートには、制御信号ENが入力される。一方で、トランジスタPMOS12のゲートには、制御信号ENの論理レベルを反転した制御信号ENBが入力される。即ち、制御信号ENBは、動作停止状態でHレベルに設定される一方で、チャージポンプ回路の昇圧動作状態ではLレベルに設定される。トランジスタPMOS11及びNMOS12は、バックゲートをノードNsと共通に接続することにより、図1に示した極性の寄生ダイオードD21及びD22を有する。 A control signal EN is input to the gate of the transistor PMOS11. On the other hand, the gate of the transistor PMOS12 receives the control signal ENB, which is the logic level inversion of the control signal EN. That is, the control signal ENB is set to H level when the operation is stopped, and is set to L level when the charge pump circuit is in the boosting operation state. The transistors PMOS11 and NMOS12 have the parasitic diodes D21 and D22 of the polarities shown in FIG. 1 by connecting their backgates in common with the node Ns.
従って、スイッチ駆動回路21は、チャージポンプ回路101の昇圧動作状態では、トランジスタPMOS12のオンにより、出力電圧VOUTを電源電圧とするインバータとして動作する。一方で、チャージポンプ回路101の動作停止状態では、スイッチ駆動回路21は、入力電圧VINを電源電圧とするインバータとして動作する。当該インバータの出力ノードN4は、トランジスタPMOS6のゲートと接続される。
Therefore, in the boosting operation state of the
チャージポンプ回路101のスイッチ駆動回路11及び21、並びに、インバータ駆動回路13及び14には、比較例のチャージポンプ回路100と同様のクロック信号CLK1~CLK4(図2)がそれぞれ入力される。
Clock signals CLK1 to CLK4 (FIG. 2) similar to those of the
トランジスタNMOS7は、出力端子10(ノードNp2)及び接地ノードNgの間に接続される。トランジスタNMOS7のゲートには、論理ゲート80の出力信号が入力される。論理ゲート80は、制御信号ENBと、プリチャージ信号PRの反転信号との論理積(AND)演算結果を出力する。プリチャージ信号PRは、デフォルトがLレベルであり、後述するプリチャージ期間においてHレベルに設定される。
Transistor NMOS7 is connected between output terminal 10 (node Np2) and ground node Ng. An output signal of the
次に図6を用いて、チャージポンプ回路101の挙動を説明する。
図6を参照して、動作停止状態では、EN=Lレベル、かつ、ENB=Hレベルに設定される。従って、プリチャージ信号PRがLレベルであれば、即ち、プリチャージ期間以外では、トランジスタNMOS7のオンにより出力端子10を放電することによって、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。Next, behavior of the
Referring to FIG. 6, EN is set to L level and ENB is set to H level in the operation stopped state. Therefore, if the precharge signal PR is at L level, that is, during periods other than the precharge period, the
スイッチ駆動回路21では、トランジスタPMOS11がオンする一方で、トランジスタPMOS12がオフされる。これにより、ノードNsには、トランジスタPMOS11によって入力電圧VINが供給される。従って、クロック信号CLK2がLレベルに固定されることで、トランジスタPMOS2を経由して、ノードN4、即ち、トランジスタPMOS6のゲートに入力電圧VINを出力することができる。これにより、ノードNp2(出力端子10)と接続されたソースに対してゲートを高電圧とすることで、トランジスタPMOS6をオフすることができる。
In the
このように、複数のスイッチ駆動回路11,21のうち、スイッチ駆動回路21によって「第1のスイッチ駆動回路」の機能が実現される。又、スイッチ駆動回路21において、トランジスタPMOS11及びPMOS12によって「電圧切換回路」の一実施例が構成され、トランジスタPMOS2及びNMOS2によるインバータによって「信号伝達回路」の一実施例が構成される。又、ノードNsは「電源ノード」の一実施例に対応し、接地ノードNgは「基準電圧ノード」の一実施例に対応する。
Thus, among the plurality of
スイッチ駆動回路30は、トランジスタPMOS14のオンにより、ノードN5に対して、入力電圧VINを出力する。これにより、トランジスタPMOS6とともに、トランジスタPMOS13もオフに維持される。このとき、トランジスタPMOS6のボディ(バックゲート)を経由した電流経路は、「バックゲート切断スイッチ素子」であるトランジスタPMOS13の寄生ダイオードD23による逆電圧阻止によって遮断されている。これにより、トランジスタPMOS5がオンされていても、入力端子5から出力端子10への電流経路を遮断することができる。
The
このように、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101によれば、動作停止状態(ENB=H,EN=L)では、入力端子5から出力端子10への電流を遮断するとともに、出力端子10を放電して、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。この結果、チャージポンプ回路101の出力電圧VOUTを供給される素子群(図示せず)で発生するリーク電流を低減して、待機電力を抑制することが可能となる。
As described above, according to the
次に、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101の昇圧動作開始時、即ち、動作停止状態から昇圧動作状態への遷移時の制御について説明する。
Next, the control at the time of starting the boosting operation of the
図7は、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101の昇圧動作開始時の制御処理を説明するフローチャートである。図7に示される制御処理は、クロック信号CLK1~CLK4及び制御信号EN,ENBを出力する制御回路(図示せず)によって実行することができる。当該制御回路はチャージポンプ回路101の外部に設けることが可能である。或いは、チャージポンプ回路101の内部に当該制御回路を配置することも可能である。この場合には、例えば、チャージポンプ回路101の動作及び停止指示、並びに、基準クロックCLKa,CLKbを制御回路に入力することで、当該制御回路がクロック信号CLK1~CLK4及び制御信号EN,ENBを出力する構成とすることが可能である。
FIG. 7 is a flowchart for explaining control processing at the start of the boosting operation of
図7を参照して、ステップ(以下、単に「S」とも表記する)100では、EN=L、ENB=Hの状態下で、クロック信号CLK2をLレベルからHレベルに変化させる。更に、プリチャージ信号PRがHレベルに設定される。 Referring to FIG. 7, at step (hereinafter also simply referred to as "S") 100, clock signal CLK2 is changed from L level to H level under the conditions of EN=L and ENB=H. Furthermore, the precharge signal PR is set to H level.
これにより、トランジスタNMOS7のオフによって出力端子10が接地ノードNgから切り離される。更に、スイッチ駆動回路21がノードN4に接地電圧GNDを出力することにより、トランジスタPMOS6がオンされる。プリチャージ前には、出力電圧VOUTが接地電圧GNDまで低下しているので、クロック信号CLK1に関わらずトランジスタPMOS5はオンしている。このため、トランジスタPMOS6がオンすることにより、出力端子10は、入力電圧VINによってプリチャージされる。
As a result, the
S110により、S100によるプリチャージの完了判定が実行される。例えば、S100による充電の開始から予め定められた時間Txpが経過するまで(S110のNO判定時)、S100によるプリチャージが継続される。時間Txpが経過するとプリチャージの完了が判定されて(S110のYES判定時)、処理はS120に進められる。 Through S110, the completion determination of precharge through S100 is executed. For example, precharging in S100 continues until a predetermined time Txp elapses from the start of charging in S100 (NO determination in S110). After the time Txp has elapsed, it is determined that precharging has been completed (YES in S110), and the process proceeds to S120.
S120では、再びクロック信号CLK2をLレベルに変化することによって、トランジスタPMOSがオフされる。更に、出力電圧VOUTの上昇に応じて、クロック信号CLK1=Lの下で、トランジスタPMOS6もオフするので、プリチャージが終了される。プリチャージの終了時には、プリチャージ信号PRがLレベルに復帰することで、トランジスタNMOS7もオフされる。 In S120, the transistor PMOS is turned off by changing the clock signal CLK2 to L level again. Furthermore, according to the rise of the output voltage VOUT, the transistor PMOS6 is also turned off under the clock signal CLK1=L, so the precharge is completed. At the end of precharging, the transistor NMOS7 is also turned off by returning the precharge signal PR to the L level.
尚、S120による判定は、タイマ等による経過時間の計測によって実現することがでるが、出力端子10に配置された電圧センサ(図示せず)の検出値に基づいて、プリチャージの完了を判定してもよい。 The determination in S120 can be realized by measuring the elapsed time using a timer or the like. may
S120によりプリチャージが終了されると、S130により、制御信号ENがLレベルからHレベルに変化するとともに、制御信号ENBがHレベルからLレベルに変化することにより、プリチャージが完了したチャージポンプ回路101は、昇圧動作状態へ移行する。 When the precharging is completed in S120, the control signal EN changes from L level to H level and the control signal ENB changes from H level to L level in S130, thereby precharging the charge pump circuit. 101 transitions to the boost operation state.
再び図6を参照して、昇圧動作状態では、EN=Hレベル、かつ、ENB=Lレベルに設定される。これにより、トランジスタNMOS7は、プリチャージ終了後はオフに維持される。 Referring to FIG. 6 again, EN=H level and ENB=L level are set in the boosting operation state. As a result, the transistor NMOS7 is kept off after precharging.
スイッチ駆動回路21では、トランジスタPMOS12がオンする一方で、トランジスタPMOS11がオフされる。これにより、ノードNsには、トランジスタPMOS12がオンによって出力電圧VOUTが供給されるので、スイッチ駆動回路21は、図1のスイッチ駆動回路12と同様に動作する。この結果、出力電圧VOUTの上昇に応じてノードNsの電圧も上昇することにより、出力電圧VOUTが入力電圧VINより高くなっても、クロック信号CLK2のLレベル期間において、トランジスタPMOS6をオフすることができる。
In the
又、スイッチ駆動回路30は、トランジスタNMOS14のオンにより、ノードN5に対して、接地電圧GNDを出力する。これにより、トランジスタPMOS13がオンされるので、トランジスタPMOS6は、図1と同様に、ボディ(バックゲート)がソース(即ち、出力端子10側の主電極)と接続された状態となる。
Also, the
このように、チャージポンプ回路101は、昇圧動作状態では、図1のチャージポンプ回路100と同様に動作することができる。従って、S140では、基準クロックCLKa,CLKbに基づくクロック信号CLK1~CLK4(図2)を入力することにより、チャージポンプ回路101は、図3に示した状態1及び状態2が繰り返されることによって、出力電圧VOUTが入力電圧VINの2倍まで上昇する昇圧動作を実行する。即ち、当該基準クロックCLKa(又は、クロック信号CLK1)及びCLKb(又は、クロック信号CLK2~CLK4)は、「互いに相補の第1及び第2のクロック」の一実施例に相当する。
Thus, the
図7に示した制御処理に従って昇圧動作を開始することにより、寄生ダイオードD9及びD10に電流を流すことなく、出力端子10をプリチャージすることができる。これにより、プリチャージ時に、寄生ダイオードD9及びD10でのラッチアップの発生を防止して、昇圧動作を安定的に開始することが可能となる。
By starting the boosting operation according to the control process shown in FIG. 7, the
実施の形態1の変形例1.
図8は、実施の形態1の第1の変形例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating the configuration of the charge pump circuit according to the first modification of the first embodiment.
図8を参照して、実施の形態1の第1の変形例に係るチャージポンプ回路102は、比較例に係るチャージポンプ回路100と比較して、スイッチ素子であるトランジスタPMOS6のバックゲートに接続されたトランジスタPMOS17と、トランジスタPMOS17のオンオフを制御するスイッチ駆動回路30と、図4と同様のトランジスタNMOS7とをさらに備える。さらに、チャージポンプ回路102は、比較例のチャージポンプ回路100でのスイッチ駆動回路11に代えて、スイッチ駆動回路23を備える。スイッチ駆動回路23は、トランジスタPMOS17が接続されたスイッチ素子であるトランジスタPMOS5のオンオフを制御する。
Referring to FIG. 8,
トランジスタPMOS17は、トランジスタPMOS5のバックゲートと、トランジスタPMOS5の2個の主電極のうちの出力端子10側の主電極(図8ではソース)との間に接続される。トランジスタPMOS17及びPMOS5の間の接続関係は、図4及び図5におけるトランジスタPMOS13及びPMOS6の間の接続関係と同様である。従って、トランジスタPMOS5の寄生ダイオードD9と、トランジスタPMOS17の寄生ダイオードD28とは、トランジスタPMOS6の主電極間のボディ(バックゲート)を介した経路上において、逆極性で直列接続されることになる。
The transistor PMOS17 is connected between the back gate of the transistor PMOS5 and the main electrode (the source in FIG. 8) on the
スイッチ駆動回路30の構成及び動作は、図4と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。スイッチ駆動回路30の出力ノードN5は、トランジスタPMOS17のゲートと接続される。
The configuration and operation of
スイッチ駆動回路23は、図1のスイッチ駆動回路12と同様にインバータ接続されたトランジスタPMOS1及びNMOS1に加えて、トランジスタPMOS15及びPMOS16をさらに有する。トランジスタPMOS15は、図4のトランジスタPMOS11と同様に、ノードNp0(入力電圧VIN)及びトランジスタPMOS1のソースに相当するノードNsの間に接続される。トランジスタPMOS16は、ノードNp2(出力電圧VOUT)及びノードNs(トランジスタPMOS1)の間に接続される。トランジスタPMOS15のゲートには、制御信号ENが入力される。トランジスタPMOS16のゲートには、制御信号ENBが入力される。トランジスタPMOS15及びNMOS16は、バックゲートをノードNsと共通に接続することにより、図8に示した極性の寄生ダイオードD26及びD27を有する。
The
従って、スイッチ駆動回路23は、図4のスイッチ駆動回路21と同様に、トランジスタPMOS15のオン時には、入力電圧VINを電源電圧とするインバータとして動作する一方で、トランジスタPMOS16のオン時には、出力電圧VOUTを電源電圧とするインバータとして動作する。当該インバータの出力ノードN3は、トランジスタPMOS5のゲートと接続される。即ち、図8の構成では、複数のスイッチ駆動回路23,12のうち、スイッチ駆動回路23によって「第1のスイッチ駆動回路」の機能が実現される。又、スイッチ駆動回路23において、トランジスタPMOS15及びPMOS16によって「電圧切換回路」の一実施例が構成され、トランジスタPMOS1及びNMOS1によるインバータによって「信号伝達回路」の一実施例が構成される。
Therefore, like the
実施の形態1の第1の変形例に係るチャージポンプ回路102のその他の部分の構成は比較例に係るチャージポンプ回路100(図1)と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。尚、図8の構成例においても、複数のスイッチ素子を構成するトランジスタPMOS5及びPMOS6は「第1のP型トランジスタ」の一実施例に対応し、トランジスタPMOS17は「バックゲート切断スイッチ素子」を構成する「第2のP型トランジスタ」の一実施例に対応する。
Since the configuration of other portions of
図8のチャージポンプ回路102において、スイッチ駆動回路23,30及びトランジスタPMOS17は、図4(チャージポンプ回路101)におけるスイッチ駆動回路21,30及びトランジスタPMOS13と同様に動作する。従って、実施の形態1の第1の変形例に係るチャージポンプ回路102の動作停止状態及び昇圧動作状態における挙動は、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101と同様である。
In the
この結果、制御信号ENBがHレベル(EN=Lレベル)に設定される動作停止状態では、プリチャージ信号PRがLレベルであれば、即ち、プリチャージ期間以外では、トランジスタNMOS7のオンにより出力端子10を放電することによって、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。 As a result, when the control signal ENB is set to H level (EN=L level) and the operation is stopped, if the precharge signal PR is at L level, i.e., except during the precharge period, the transistor NMOS7 is turned on to turn on the output terminal. By discharging 10, the output voltage VOUT can be lowered to the ground voltage GND.
又、スイッチ駆動回路23では、トランジスタPMOS15がオンする一方で、トランジスタPMOS16がオフされる。これにより、ノードNsには、トランジスタPMOS15によって入力電圧VINが供給される。従って、クロック信号CLK1がLレベルに固定されることで、トランジスタPMOS1を経由して、ノードN3、即ち、トランジスタPMOS5のゲートに入力電圧VINを出力することができる。これにより、ノードNp1(出力端子10)と接続されたソースに対してゲートを高電圧とすることで、トランジスタPMOS5をオフすることができる。
In the
又、スイッチ駆動回路30によりトランジスタPMOS17がオフに維持されると、トランジスタPMOS5のボディ(バックゲート)を経由した電流経路は、「バックゲート切断スイッチ素子」であるトランジスタPMOS17の寄生ダイオードD28による逆電圧阻止によって遮断される。これにより、トランジスタPMOS5がオンされていても、入力端子5から出力端子10への電流経路を遮断することができる。
Further, when the transistor PMOS17 is kept off by the
この結果、実施の形態1の変形例では、複数のスイッチ素子のうちのトランジスタPMOS5に対して「バックゲート切断スイッチ素子」としてトランジスタPMOS17を接続する構成としているが、実施の形態1と同様に、動作停止状態(ENB=H,EN=L)では、入力端子5から出力端子10への電流を遮断するとともに、出力端子10を放電して、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。
As a result, in the modification of the first embodiment, the transistor PMOS17 is connected as a "back gate disconnecting switch element" to the transistor PMOS5 among the plurality of switch elements. In the operation stop state (ENB=H, EN=L), the current from the
さらに、チャージポンプ回路101の昇圧動作開始時には、図7の制御処理において、S100でクロック信号CLK1をLレベルからHレベルに変化させるとともに、S120では、クロック信号CLK1をHレベルからLレベルに変化させるように変形することで、トランジスタPMOS5のオンによって、寄生ダイオードD9及びD10に電流を通過させずに出力端子10をプリチャージすることができる。プリチャージの完了後には、クロック信号CLK1~CLK4(図2)に応じて、チャージポンプ回路100,101と同様の昇圧動作を実行することができる。
Further, when the
実施の形態1の変形例2.
図9は、実施の形態1の第2の変形例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。Modified example 2 of the first embodiment.
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating the configuration of a charge pump circuit according to a second modification of the first embodiment.
図9を参照して、実施の形態1の第2の変形例に係るチャージポンプ回路103は、比較例に係るチャージポンプ回路100と比較して、スイッチ素子であるトランジスタPMOS5及びPMOS6のバックゲートにそれぞれ接続されたトランジスタPMOS13及びPMOS17と、トランジスタPMOS13及びPMOS17のオンオフを制御するスイッチ駆動回路30とをさらに備える。さらに、チャージポンプ回路103は、比較例のチャージポンプ回路100と比較して、スイッチ駆動回路11(図1)に代えて、図4のスイッチ駆動回路23を有するともに、スイッチ駆動回路12(図1)に代えて、図8のスイッチ駆動回路21を有する。
Referring to FIG. 9, in a
トランジスタPMOS13及びPMOS6の間の接続関係は、実施の形態1(図4及び図5)で説明したのと同様であり、トランジスタPMOS17及びPMOS5の間の接続関係は、実施の形態1の第1の変形例(図8)と同様である。又、スイッチ駆動回路30の構成及び動作は、図4及び図8で説明したのと同様であり、トランジスタPMOS13及びPMOS17は、スイッチ駆動回路30の出力ノードN5の電圧に応じて、共通にオンオフされる。
The connection relationship between the transistors PMOS13 and PMOS6 is the same as that described in the first embodiment (FIGS. 4 and 5), and the connection relationship between the transistors PMOS17 and PMOS5 is the same as that described in the first embodiment. It is the same as the modified example (FIG. 8). The configuration and operation of the
スイッチ駆動回路21は、図4と同様の構成及び動作により、トランジスタPMOS6のオンオフを制御する。同様に、スイッチ駆動回路23は、図8と同様の構成及び動作により、トランジスタPMOS5のオンオフを制御する。
The
実施の形態1の第2の変形例に係るチャージポンプ回路103のその他の部分の構成は、比較例に係るチャージポンプ回路100(図1)と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。尚、図6の構成例においても、トランジスタPMOS5及びPMOS6は「複数のスイッチ素子」を構成する「第1のP型トランジスタ」の一実施例に対応し、トランジスタPMOS13及びPMOS17は「バックゲート切断スイッチ素子」を構成する「第2のP型トランジスタ」の一実施例に対応する。更に、複数のスイッチ駆動回路21,23の各々が「第1のスイッチ駆動回路」の機能を有する。
Since the configuration of other portions of
チャージポンプ回路103では、制御信号ENBがHレベル(EN=Lレベル)に設定される昇圧動作停止状態では、プリチャージ信号PRがLレベルであれば、即ち、プリチャージ期間以外では、トランジスタNMOS7のオンにより出力端子10を放電することによって、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。さらに、クロック信号CLK1,CLK2がLレベルに固定されることで、スイッチ駆動回路21及び23によって、トランジスタPMOS5及びPMOS6をオフするとともに、トランジスタPMOS17及びPMOS15の寄生ダイオードD28及びD23による逆電圧阻止によって、入力端子5から出力端子10への電流経路を遮断することできる。
In the
このように、複数のスイッチ素子のうちのトランジスタPMOS5及びPMOS6の両方に対して、「バックゲート切断スイッチ素子」としてトランジスタPMOS13及びPMOS17を接続する構成としても、実施の形態1と同様に、動作停止状態(ENB=H,EN=L)では、入力端子5から出力端子10への電流を遮断するとともに、出力端子10を放電して、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。
In this way, even if the transistors PMOS13 and PMOS17 are connected as "back gate disconnecting switch elements" to both the transistors PMOS5 and PMOS6 among the plurality of switch elements, the operation is stopped in the same manner as in the first embodiment. In the state (ENB=H, EN=L), the current from the
さらに、チャージポンプ回路103の昇圧動作開始時には、図7の制御処理において、S100でクロック信号CLK1及びCLK2をLレベルからHレベルに変化させるとともに、S120では、クロック信号CLK1及びCLK2をHレベルからLレベルに変化させるように変形することで、トランジスタPMOS5及びPMOS6のオンによって、寄生ダイオードD9及びD10に電流を通過させずに出力端子10をプリチャージすることができる。プリチャージの完了後には、クロック信号CLK1~CLK4(図2)に応じて、チャージポンプ回路100,101と同様の昇圧動作を実行することができる。
Further, when the
以上説明した図4、図8及び図9のチャージポンプ回路101~103から、入力端子5及び出力端子10の間に接続された複数のスイッチ素子(トランジスタPMOS5及びPMOS6)の少なくとも一方に対して、「バックゲート切断スイッチ素子」としてトランジスタPMOS13及びPMOS17の少なくとも一方を接続し、かつ、「第1のスイッチ駆動回路」としてスイッチ駆動回路23及び21の少なくとも一方を配置することにより、通常の昇圧動作とともに、動作停止状態における入力端子5から出力端子10への電流遮断機能を具備することが可能となることが理解される。
For at least one of the plurality of switch elements (transistors PMOS5 and PMOS6) connected between the
実施の形態2.
実施の形態1及びその変形例では、昇圧比(VOUT/VIN)が2であるチャージポンプ回路における、動作停止状態における入力端子5から出力端子10への電流遮断機能について説明したが、昇圧比が異なるチャージポンプ回路に対しても、同様の過電流防止機能を適用することができる。実施の形態2では、一例として、昇圧比(VOUT/VIN)が3であるチャージポンプ回路における過電流防止機能の追加について説明する。Embodiment 2.
In the first embodiment and its modification, the function of interrupting the current from the
図10は、実施の形態2に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
図10を参照して、実施の形態2に係るチャージポンプ回路105は、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101(図4)と比較して、スイッチ素子としてのトランジスタPMOS18と、トランジスタPMOS18のオンオフを制御するスイッチ駆動回路25と、キャパシタC2と、インバータ32と、インバータ駆動回路26及び27をさらに備える。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a charge pump circuit according to the second embodiment.
Referring to FIG. 10,
トランジスタPMOS18は、入力端子5と接続されたノードNp0と、トランジスタPMOS5との間に接続される。即ち、図10の構成では、入力端子5及び出力端子10の間に直列接続された、トランジスタPMOS5、PMOS6、及び、PMPOS18が、「複数のスイッチ素子」を構成する「第1のP型トランジスタ」の一実施例に相当する。
The transistor PMOS18 is connected between the node Np0 connected to the
トランジスタPMOS5及びPMOS18の接続点に相当するノードNp3と、ノードN8との間には、キャパシタC2が接続される。ノードN8の電圧は、インバータ32によって制御される。
A capacitor C2 is connected between a node Np3 corresponding to a connection point of the transistors PMOS5 and PMOS18 and a node N8. The voltage of node N 8 is controlled by
スイッチ駆動回路25は、ノードNp2及び接地ノードNgの間にノードN6を介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS19及びN型のトランジスタNMOS12を有する。トランジスタPMOS19及びNMOS12のゲートには、クロック信号CLK5が共通に入力される。スイッチ駆動回路25は、出力電圧VOUT及び接地電圧GNDを電源として、クロック信号CLK5を入力とするインバータを構成している。トランジスタPMOS19及びNMOS12は、バックゲートをノードNp2及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図10に示した極性の寄生ダイオードD29及びD30を有する。
The
インバータ32は、ノードNp0(入力電圧VIN)及び接地ノードNg(接地電圧GND)の間にノードN8を介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS22及びN型のトランジスタNMOS14を有する。ノードN8は、キャパシタC2を経由して、ノードNp3と接続される。
The
トランジスタPMOS22のゲートは、クロック信号CLK6を入力されるインバータ駆動回路26の出力ノードと接続される。トランジスタNMOS14のゲートは、クロック信号CLK7を入力されるインバータ駆動回路27の出力ノードと接続される。トランジスタPMOS22及びNMOS14は、バックゲートをノードNp0及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図12に示した極性の寄生ダイオードD36及びD37を有する。
The gate of transistor PMOS22 is connected to the output node of
インバータ駆動回路26は、ノードNp0(入力電圧VIN)及び接地ノードNg(接地電圧GND)の間に、トランジスタPMOS22のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS20及びN型のトランジスタNMOS15を有する。トランジスタPMOS20及びNMOS15のゲートには、クロック信号CLK6が共通に入力される。
The
同様に、インバータ駆動回路27は、ノードNp0(入力電圧VIN)及び接地ノードNg(接地電圧GND)の間に、トランジスタNMOS14のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、P型のトランジスタPMOS21及びN型のトランジスタNMOS13を有する。トランジスタPMOS21及びNMOS13のゲートには、クロック信号CLK7が共通に入力される。
Similarly, the
インバータ駆動回路26,27は、入力電圧VIN及び接地電圧GNDを電源として、クロック信号CLK6,CLK7を入力とするインバータを構成している。トランジスタPMOS20及びNMOS15は、バックゲートをノードNp0及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図12に示した極性の寄生ダイオードD31及びD32を有する。同様に、トランジスタPMOS21及びNMOS13は、バックゲートをノードNp0及び接地ノードNgとそれぞれ接続することにより、図12に示した極性の寄生ダイオードD33及びD34を有する。
The
実施の形態2に係るチャージポンプ回路105の上記以外の部分の構成は、実施の形態1に係るチャージポンプ回路101と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。即ち、図4と同様に、複数のスイッチ素子であるトランジスタPMOS5,PMOS6、及び、PMPOS18のうちの、トランジスタPMOS6に対して、「バックゲート切断スイッチ」を構成する「第2のP型トランジスタ」に相当するトランジスタPMOS13が配置されている。実施の形態1と同様に、通常の昇圧動作では、トランジスタPMOS13がオフされている。又、チャージポンプ回路105では、インバータ駆動回路13及び14とインバータ20とによる「電圧選択回路」に加えて、インバータ駆動回路26及び27とインバータ32とによっても「電圧選択回路」の一実施例が構成される。さらに、トランジスタNMOS7によって「放電素子」の一実施例が構成される。
The configuration of
図11は、チャージポンプ回路105に入力されるクロック信号CLK1~CLK7の波形図である。
FIG. 11 is a waveform diagram of clock signals CLK1 to CLK7 input to the
図11を参照して、クロック信号CLK1~CLK4は図2と同様であり、基準クロックCLKaに基づくクロック信号CLK1と、基準クロックCLKbに基づくクロック信号CLK2~CLK4とは、互いに逆相である。 Referring to FIG. 11, clock signals CLK1-CLK4 are the same as those in FIG. 2, and clock signal CLK1 based on reference clock CLKa and clock signals CLK2-CLK4 based on reference clock CLKb have opposite phases.
上述のように、実施の形態2では、クロック信号CLK5~CLK7が追加される。クロック信号CLK5は、クロック信号CLK2~CLK4と同相であり、クロック信号CLK6及びCLK7は、クロック信号CLK1と同相である。クロック信号CLK5~CLK7についても、クロック信号CLK1~CLK4と同様に、デッドタイムが適宜設けられる。 As described above, clock signals CLK5 to CLK7 are added in the second embodiment. Clock signal CLK5 is in phase with clock signals CLK2-CLK4, and clock signals CLK6 and CLK7 are in phase with clock signal CLK1. Similarly to clock signals CLK1 to CLK4, dead times are appropriately provided for clock signals CLK5 to CLK7.
図12には、チャージポンプ回路105の昇圧動作を説明する図表が示される。チャージポンプ回路105は、相補である基準クロックCLKa及びCLKbに基づくクロック信号CLK1~CLK7に従って、図12に示される状態X及び状態Yを交互に繰り返す。
FIG. 12 shows a diagram for explaining the boosting operation of the
図12及び図10を参照して、状態Xでは、基準クロックCLKb(クロック信号CLK2~CLK5)がHレベルである一方で、基準クロックCLKa(クロック信号CLK1,CLK6,CLK7)はLレベルである。従って、スイッチ駆動回路21及び25は、ノードN4及びN6に、Lレベル電圧(接地電圧GND)を出力する一方で、スイッチ駆動回路11は、ノードN3にHレベル電圧(出力電圧VOUT)を出力する。この結果、複数のスイッチ素子については、トランジスタPMOS18及びPMOS6がオンする一方で、トランジスタPMOS5がオフする。
12 and 10, in state X, reference clock CLKb (clock signals CLK2 to CLK5) is at H level, while reference clock CLKa (clock signals CLK1, CLK6 and CLK7) is at L level. Therefore, switch
一方、インバータ駆動回路26及び27がHレベル電圧(入力電圧VIN)を出力するため、インバータ32は、トランジスタNMOS14のオンにより、ノードN8を接地ノードNg(接地電圧GND)と接続する。これに対して、インバータ駆動回路13及び14がLレベル電圧(入力電圧VIN)を出力するため、インバータ20は、トランジスタPMOS7のオンにより、ノードN2をノードNp0(入力電圧VIN)と接続する。
On the other hand, since the
従って、状態Xでは、ノードNp3は、入力端子5(入力電圧VIN)と接続される一方で、出力端子10及びノードNp1からは切り離される。更に、キャパシタC1は、ノードNp3及び接地ノードNgの間に接続されることにより、入力電圧VINにより充電される。従って、キャパシタ電圧V(C1)=VINとなる。又、キャパシタC2は、トランジスタPMOS6により出力端子10と接続されたノードNp1と、ノードNp0との間に接続される。従って、当該時点でのキャパシタC1の電圧V(C2)を用いて、VOUT=VIN+V(C2)と示される。
Therefore, in state X, node Np3 is connected to input terminal 5 (input voltage VIN), while being disconnected from
これに対して、状態Yでは、基準クロックCLKb(クロック信号CLK2~CLK5)がLレベルである一方で、基準クロックCLKa(クロック信号CLK1,CLK6,CLK7)はHレベルである。従って、スイッチ駆動回路21及び25は、ノードN4及びN6に、Hレベル(出力電圧VOUT)を出力する一方で、スイッチ駆動回路11は、ノードN3にLレベル電圧(接地電圧GND)を出力する。この結果、複数のスイッチ素子については、トランジスタPMOS18及びPMOS6がオフする一方で、トランジスタPMOS5がオンする。
In contrast, in state Y, reference clock CLKb (clock signals CLK2 to CLK5) is at L level, while reference clock CLKa (clock signals CLK1, CLK6 and CLK7) is at H level. Therefore, switch
一方、インバータ駆動回路26及び27がLレベル電圧(接地電圧GND)を出力するため、インバータ32は、トランジスタPMOS22のオンにより、ノードN8をノードNp0(入力電圧VIN)と接続する。これに対して、インバータ駆動回路13及び14がHレベル電圧(接地電圧GND)を出力するため、インバータ20は、トランジスタNMOS5のオンにより、ノードN2を接地ノードNg(接地電圧GND)と接続する。
On the other hand, since the
状態Yでは、トランジスタPMOS5によって接続されたノードNp1及びNp3が、入力端子5(入力電圧VIN)及び出力端子10(出力電圧VOUT)からそれぞれ切り離される。更に、キャパシタC1は、ノードNp0(入力端子5)及びノードNp3の間に接続される。従って、ノードNp3の電圧はVIN+V(C1)となる。直前の状態Xにおいて、V(C1)=VINに充電されているので、ノードNp3の電圧は、入力電圧VINの2倍となる。 In state Y, nodes Np1 and Np3 connected by transistor PMOS5 are disconnected from input terminal 5 (input voltage VIN) and output terminal 10 (output voltage VOUT), respectively. Furthermore, capacitor C1 is connected between node Np0 (input terminal 5) and node Np3. Therefore, the voltage of node Np3 becomes VIN+V(C1). In the immediately preceding state X, the node Np3 is charged to V(C1)=VIN, so the voltage of the node Np3 is twice the input voltage VIN.
一方で、キャパシタC2は、ノードNp1及び接地ノードNgの間に接続されることにより、ノードNp3と同等の電圧に充電される。従って、状態Yでは、V(C2)=V(C1)=2・VINとなる。 On the other hand, capacitor C2 is charged to a voltage equivalent to that of node Np3 by being connected between node Np1 and ground node Ng. Therefore, in state Y, V(C2)=V(C1)=2.VIN.
次に、再び状態Xとなると、キャパシタC1が入力電圧VINに充電されるとともに、出力電圧VOUTは、入力電圧VINと、当該時点でのキャパシタC2の電圧V(C2)の和となる。直前の状態Yで、V(C2)=2・VINに充電されているので、VOUT=VIN+V(C2)=3・VINであり、昇圧比(VOUT/VIN)は3となることが理解される。 Next, in state X again, the capacitor C1 is charged to the input voltage VIN, and the output voltage VOUT becomes the sum of the input voltage VIN and the voltage V(C2) of the capacitor C2 at that time. In the previous state Y, since it is charged to V(C2)=2.VIN, it is understood that VOUT=VIN+V(C2)=3.VIN and the step-up ratio (VOUT/VIN) is 3. .
このように、実施の形態2に係るチャージポンプ回路105は、相補の基準クロックCLKa,CLKbに基づくクロック信号CLK1~CLK7に従って上述の状態X及び状態Yを交互に繰り返すことによって、入力電圧VINの3倍の出力電圧VOUTを出力する昇圧動作を実行することができる。
As described above, the
実施の形態2に係るチャージポンプ回路105において、制御信号ENBがHレベル(EN=Lレベル)に設定される動作停止状態では、プリチャージ信号PRがLレベルであれば、即ち、プリチャージ期間以外では、トランジスタNMOS7のオンにより、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。
In the
さらに、スイッチ駆動回路21では、トランジスタPMOS12がオンする一方で、トランジスタPMOS11がオフされる。これにより、ノードNsには、トランジスタPMOS11によって入力電圧VINが供給される。従って、クロック信号CLK2がLレベルに固定されることで、トランジスタPMOS2を経由して、ノードN4、即ち、トランジスタPMOS6のゲートに入力電圧VINを出力することができる。これにより、実施の形態1と同様に、トランジスタPMOS5をオフすることができる。
Further, in the
又、スイッチ駆動回路30によりトランジスタPMOS13がオフされるので、トランジスタPMOS5のボディ(バックゲート)を経由した電流経路は、「バックゲート切断スイッチ素子」であるトランジスタPMOS13の寄生ダイオードD23による逆電圧阻止によって遮断される。これにより、実施の形態1と同様に、入力端子5から出力端子10への電流経路を遮断することができる。
In addition, since the transistor PMOS13 is turned off by the
この結果、実施の形態2に係るチャージポンプ回路105においても、実施の形態1と同様に、動作停止状態(ENB=H,EN=L)では、入力端子5から出力端子10への電流を遮断するとともに、出力端子10を放電して、出力電圧VOUTを接地電圧GNDまで低下することができる。
As a result, in the
尚、実施の形態2に係るチャージポンプ回路105においても、実施の形態1の第1及び第2の変形例で説明したように、複数のスイッチ素子であるトランジスタPMOS18、PMOS5、及び、PMOS6のうちの少なくとも1つに対して、スイッチ駆動回路21のように、出力電圧VOUTの低下時に入力電圧VINをインバータ電源とするように構成されたスイッチ駆動回路(即ち、「第1のスイッチ駆動回路」)、並びに、「バックゲート切断スイッチ素子」となるトランジスタ(図12でのPMOS13)及びその駆動回路(スイッチ駆動回路30)を配置することが可能である。
Also in the
更に、実施の形態2では、昇圧比が3のチャージポンプ回路を説明したが、昇圧比をさらに高くしたチャージポンプ回路に対しても、本実施の形態1及びその変形例は同様に適用可能である。このようなチャージポンプ回路に対しても、入力端子5及び出力端子10の間に直列接続される複数のスイッチ素子のうちの少なくとも1つに対して、上述の「第1のスイッチ駆動回路」並びに「バックゲート切断スイッチ素子」及び「バックゲート切断スイッチ駆動回路」と、「放電素子」とを配置することによって、地絡発生等による出力電圧VOUTの低下時における過電流の発生を防止することが可能である。
Furthermore, in the second embodiment, the charge pump circuit with a step-up ratio of 3 has been described, but the first embodiment and its modifications can be similarly applied to a charge pump circuit with a higher step-up ratio. be. For such a charge pump circuit as well, for at least one of the plurality of switch elements connected in series between the
上述した実施の形態1及びその変形例並びに実施の形態2に係るチャージポンプ回路101~105は、半導体装置に適用することが可能である。例えば、図13に示されるように、半導体装置200は、電源回路202と、半導体素子215を含む半導体回路210と、実施の形態1~4のいずれかに係るチャージポンプ回路とを備える。半導体素子215は、代表的には、トランジスタ又はダイオードによって構成される。電源回路202は、半導体装置200に対して外部から供給される電源電圧Vpから安定的な電圧VDDを発生することができる。チャージポンプ回路101~105は、電源回路202からの電圧VDDを上記入力電圧VINとして昇圧動作を実行することにより、出力電圧VOUTとしての電圧VBBを出力する。電圧VDD及び電圧VBBの両方が半導体回路210に電源電圧として供給されることにより、半導体素子215は、チャージポンプ回路101~105の出力電圧である昇圧電圧VBBを受けて動作することができる。
The
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
5 入力端子、10 出力端子、11,12,21,23,25,30 スイッチ駆動回路、13,14,26,27 インバータ駆動回路、20,32 インバータ、60 P型基板、61,71 Nウェル、62,63,72,73 P+領域、64,74 ゲート、65,75 N+領域、100,101~105 チャージポンプ回路、200 半導体装置、202 電源回路、210 半導体回路、215 半導体素子、C1,C2 キャパシタ、CLK1~CLK7 クロック信号、CLKa,CLKb 基準クロック、D1~D12,D21~D37 寄生ダイオード、GND 接地電圧、N2~N6,N8,Np0~Np3,Ns ノード、NMOS1~NMOS5,NMOS11~NMOS22 Nチャネル型トランジスタ、PMOS1~PMOS7,PMOS11~PMOS22 Pチャネル型トランジスタ、Ng 接地ノード、VBB,VDD 電圧、VIN 入力電圧、VOUT 出力電圧。 5 input terminals, 10 output terminals, 11, 12, 21, 23, 25, 30 switch drive circuit, 13, 14, 26, 27 inverter drive circuit, 20, 32 inverter, 60 P-type substrate, 61, 71 N well, 62, 63, 72, 73 P+ region, 64, 74 gate, 65, 75 N+ region, 100, 101 to 105 charge pump circuit, 200 semiconductor device, 202 power supply circuit, 210 semiconductor circuit, 215 semiconductor element, C1, C2 capacitor , CLK1 to CLK7 clock signal, CLKa, CLKb reference clock, D1 to D12, D21 to D37 parasitic diode, GND ground voltage, N2 to N6, N8, Np0 to Np3, Ns node, NMOS1 to NMOS5, NMOS11 to NMOS22 N-channel type Transistors, PMOS1 to PMOS7, PMOS11 to PMOS22 P-channel transistors, Ng ground node, VBB, VDD voltages, VIN input voltage, VOUT output voltage.
Claims (6)
前記入力電圧が入力される入力端子と、
前記出力電圧を出力する出力端子と、
前記入力端子及び前記出力端子の間に直列に接続され、複数のスイッチ素子をそれぞれ構成する複数の第1のP型トランジスタと、
前記複数のスイッチ素子のうちの隣接する2個のスイッチ素子の各接続点に接続されたキャパシタと、
前記チャージポンプ回路の動作停止状態においてオンすることで前記出力端子を放電する放電素子と、
前記複数の第1のP型トランジスタのうちの少なくとも1つの第1のP型トランジスタにおいて、バックゲートと、当該第1のP型トランジスタの2個の主電極のうちの前記出力端子側の主電極との間に接続されたバックゲート切断スイッチ素子と、
前記チャージポンプ回路の昇圧動作状態では前記バックゲート切断スイッチ素子をオンする一方で、前記動作停止状態では前記バックゲート切断スイッチ素子をオフするバックゲート切断スイッチ駆動回路とを備え、
前記バックゲート切断スイッチ素子を構成する第2のP型トランジスタは、当該第2のP型トランジスタの寄生ダイオードが、接続先の前記第1のP型トランジスタの寄生ダイオードに対して、逆の極性を有し、かつ、直列接続される様に構成される、チャージポンプ回路。 A charge pump circuit that generates an output voltage by boosting an input voltage,
an input terminal to which the input voltage is input;
an output terminal for outputting the output voltage;
a plurality of first P-type transistors connected in series between the input terminal and the output terminal and constituting a plurality of switch elements, respectively;
a capacitor connected to each connection point of two adjacent switch elements among the plurality of switch elements;
a discharge element that discharges the output terminal by being turned on when the charge pump circuit is in an operation stop state;
In at least one first P-type transistor among the plurality of first P-type transistors, a back gate and a main electrode on the output terminal side of two main electrodes of the first P-type transistor a backgate disconnect switch element connected between
a back gate disconnect switch drive circuit that turns on the back gate disconnect switch element in a boost operation state of the charge pump circuit, and turns off the back gate disconnect switch element in the operation stop state ,
In the second P-type transistor constituting the back gate disconnecting switch element, the parasitic diode of the second P-type transistor has a polarity opposite to the parasitic diode of the first P-type transistor to which it is connected. and a charge pump circuit configured to be connected in series.
前記チャージポンプ回路は、
前記昇圧動作状態において、互いに相補の論理レベルに設定される第1及び第2のクロックの一方のクロックに従って、前記複数の第1のP型トランジスタの各々の制御電極に対して基準電圧及び前記出力電圧の一方を選択的に出力して、前記複数のスイッチ素子のオンオフをそれぞれ制御する複数のスイッチ駆動回路と、
前記第1又は第2のクロックに従って、前記キャパシタの前記第2の端子に、前記基準電圧及び前記入力電圧の一方を選択的に出力する電圧選択回路とを更に備え、
前記第2のP型トランジスタは、
前記第1のP型トランジスタのバックゲートと接続される第1の主電極と、
前記第1のP型トランジスタの前記出力端子側の主電極と接続された第2の主電極とを有し、
前記第2のP型トランジスタのバックゲートは、前記第1の主電極と接続され、
前記複数のスイッチ駆動回路のうちの、前記バックゲート切断スイッチ素子が接続された前記少なくとも1つの第1のP型トランジスタに対応する、少なくとも1つの第1のスイッチ駆動回路は、当該第1のP型トランジスタの制御電極に対して、前記一方のクロックの論理レベルに従って、前記昇圧動作状態では前記基準電圧及び前記出力電圧の一方を選択的に入力する一方で、前記動作停止状態では前記基準電圧及び前記入力電圧の一方を選択的に入力する、請求項1記載のチャージポンプ回路。 the capacitor has a first terminal connected to the connection point and a second terminal facing the first terminal;
The charge pump circuit is
In the boosting operation state, according to one of first and second clocks which are set to logic levels complementary to each other, the reference voltage and the output are applied to the control electrodes of the plurality of first P-type transistors. a plurality of switch drive circuits that selectively output one of the voltages to control on/off of the plurality of switch elements;
a voltage selection circuit that selectively outputs one of the reference voltage and the input voltage to the second terminal of the capacitor according to the first or second clock;
The second P-type transistor is
a first main electrode connected to the back gate of the first P-type transistor;
a second main electrode connected to the main electrode on the output terminal side of the first P-type transistor;
a back gate of the second P-type transistor is connected to the first main electrode;
Of the plurality of switch drive circuits, at least one first switch drive circuit corresponding to the at least one first P-type transistor to which the back gate disconnecting switch element is connected is connected to the first P-type transistor. In the boost operation state, one of the reference voltage and the output voltage is selectively input to the control electrode of the type transistor according to the logic level of the one clock, while in the operation stop state, the reference voltage and the output voltage are selectively input. 2. The charge pump circuit according to claim 1 , selectively inputting one of said input voltages .
電源ノードと前記基準電圧を伝達する基準電圧ノードとの間に接続されて、前記第1又は第2のクロックに応じて、対応するスイッチ素子を構成する前記第1のP型トランジスタの前記制御電極と接続される出力ノードに対して、前記電源ノード及び前記基準電圧ノードの一方を選択的に接続する信号伝達回路と、
前記電源ノードと、前記入力端子及び前記出力端子との間に接続されて、前記昇圧動作状態には前記出力端子と前記電源ノードとを接続する一方で、前記動作停止状態には前記入力端子と前記電源ノードとを接続する電圧切換回路とを含み、
前記動作停止状態において、前記第1のスイッチ駆動回路に入力される前記第1又は第2のクロックは、前記信号伝達回路が前記出力ノードを前記電源ノードと接続する論理レベルに固定される、請求項2記載のチャージポンプ回路。 The first switch drive circuit includes:
said control electrode of said first P-type transistor connected between a power supply node and a reference voltage node transmitting said reference voltage and constituting a corresponding switch element according to said first or second clock; a signal transmission circuit selectively connecting one of the power supply node and the reference voltage node to an output node connected to
is connected between the power supply node and the input terminal and the output terminal, and connects the output terminal and the power supply node in the boost operation state, and connects the input terminal and the input terminal in the operation stop state. a voltage switching circuit connected to the power supply node,
wherein said first or second clock input to said first switch drive circuit is fixed to a logic level at which said signal transmission circuit connects said output node with said power supply node in said operation stop state. 3. A charge pump circuit according to item 2.
前記プリチャージ期間において、前記放電素子はオフされるとともに、前記第1のスイッチ駆動回路は、前記複数のスイッチ素子の各々を構成する前記第1のP型トランジスタをオンするために前記基準電圧を出力する、請求項2又は3に記載のチャージポンプ回路。 A precharge period is provided for charging the output terminal with the input voltage of the input terminal when the charge pump circuit transitions from the operation stop state to the boost operation state,
During the precharge period, the discharge element is turned off, and the first switch drive circuit applies the reference voltage to turn on the first P-type transistor constituting each of the plurality of switch elements. 4. The charge pump circuit according to claim 2, which outputs.
各前記バックゲート切断スイッチ素子は、共通の前記バックゲート切断スイッチ駆動回路からの出力電圧が前記第2のP型トランジスタの前記制御電極に供給されることによって、前記昇圧動作状態においてオンする一方で前記動作停止状態にオフする、請求項2~4のいずれか1項に記載のチャージポンプ回路。 the backgate disconnect switch element is connected to each of two or more switch elements among the plurality of switch elements;
Each of the back gate disconnecting switch elements is turned on in the boosting operation state by supplying an output voltage from the common back gate disconnecting switch driving circuit to the control electrode of the second P-type transistor. 5. The charge pump circuit according to claim 2, wherein said charge pump circuit is turned off in said operation stop state .
前記チャージポンプ回路の前記出力電圧を受けて動作する半導体素子とを備える、半導体装置。 a charge pump circuit according to any one of claims 1 to 5;
and a semiconductor element that operates upon receiving the output voltage of the charge pump circuit.
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