JPH0898511A - 昇圧回路 - Google Patents

昇圧回路

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JPH0898511A
JPH0898511A JP7139854A JP13985495A JPH0898511A JP H0898511 A JPH0898511 A JP H0898511A JP 7139854 A JP7139854 A JP 7139854A JP 13985495 A JP13985495 A JP 13985495A JP H0898511 A JPH0898511 A JP H0898511A
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Sylvie Drouot
ドルオ シルヴィー
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STMicroelectronics SA
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SGS THOMSON MICROELECTRONICS
SGS Thomson Microelectronics SA
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    • G11C5/145Applications of charge pumps; Boosted voltage circuits; Clamp circuits therefor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 分離ダイオードの存在による欠点(これらの
欠点は、電圧降下、立ち上がり時間の増大及びこれらの
欠点を解消するために段数を増加させる必要によって生
じる追加空間要求である)を解消する昇圧回路を提案す
る。 【構成】 昇圧回路は、少なくとも1つのコンデンサに
よって形成される。このコンデンサは、その一方の端子
にクロック信号を受け、このコンデンサの他方の端子
は、プリチャージトランジスタを介して電源端子に接続
され、そして分離トランジスタを介して出力に接続され
る。ここに開示する回路は、これらのトランジスタが同
時にオンすることなく、それらトランジスタを制御する
電圧が、それらのトランジスタのソースまたはドレイン
に現れる最も高い電位より高いようにする制御手段を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低い電源電圧で作動す
る昇圧回路(電圧ステップアップ回路または電圧ブース
タ回路とも称される)に関するものである。このような
回路は、1つまたは複数のコンデンサの充/放電を繰り
返すことによって、受けた電源電圧から、その電源電圧
より高い出力電圧を生成するために使用される。チャー
ジポンプと呼ばれる昇圧回路は、主に容量性回路の給電
に使用される。
【0002】
【従来の技術】昇圧回路は、例えば、行及び列のマトリ
ックス形状に組織化され、行及び列の交点に配置された
MOS型トランジスタによって形成された記憶セルを備
える不揮発性メモリの分野で使用される。昇圧回路は、
これらのトランジスタの制御ゲートに印加されるバイア
ス電圧を生成するために使用される。実際、これらの制
御ゲートは電圧制御であり、電流制御ではないので、こ
れらのトランジスタの制御ゲート全部を、等価な容量と
見做して、モデルを考えることができる。数千の行及び
列を備える読出専用メモリの場合、一般に百から数百ピ
コファラドの等価な容量値に達する。
【0003】従来技術において、シェンケル(Schenkel)
回路と呼ばれる昇圧回路が知られている。この型の回路
は、1つまたは複数の直列接続された段を有する。各段
は、1つの入力と1つのコンデンサとを備え、そのコン
デンサの第1の端子は入力に接続されて、クロック信号
を受ける。このコンデンサの別の端子は、分離ダイオー
ドを介して出力に接続されている。通常、クロック信号
は、第1の入力端子に受けた基準電位と第2の入力端子
で受けた電源電位(実際には、グラウンド電圧及び例え
ば約5Vの正の電圧VCC)との間で振動する。
【0004】第1の段のコンデンサは、その第2の入力
端子が、もう1つのダイオードを介して第2の入力端子
に接続されている。従って、第1の段のクロックがグラ
ウンド電位にある時、コンデンサは、この入力端子の電
位から(実際には制御ゲートがソースに接続されたMO
Sトランジスタで形成されている)ダイオードでの基板
効果及び閾値効果Vtによる損失を差し引いた電圧に、
充電される。そのあと、制御信号が電位Vccである時、
コンデンサの端子での電圧は2×VCC−Vtに上が
り、次に、このコンデンサは、クロック信号がグラウン
ド電位になるように確保されている次の段のコンデンサ
を充電する。クロック信号の電位が電位VCCになる
と、第2の段のコンデンサの端子での電圧はその時3×
VCC−2Vt(トランスファダイオード等による)に
上がる。従って、各段ごとに、コンデンサの端子の電圧
は、(VCC−Vt)×1だけ大きくなる。最後の段
は、その出力に出力電圧を与える。この出力は容量性ノ
ードであり、給電される回路は、この出力とグラウンド
との間に接続されたコンデンサにりモデル化できる。電
荷転送によって、出力電位は、より小さい段によって除
々に上昇して、(n+1)×(VCC−Vt)(但し、
nは、n個の直列接続段として整数とする)に達する。
この増加の速度は、コンデンサの容量値及びそこから生
じる転送利得によって大きくなったり、小さくなったり
する。
【0005】この種の回路は、下記の2つの欠点を有す
る。第1に、各段の間に接続された分離ダイオードによ
る損失によって、出力電圧値は(n+1)×〔VCC−
Vt〕に制限される。集積回路による電力消費を制限す
るために、より低い電源電圧(例えば約3V)で給電さ
れる回路を開発することが望ましいので、出力電圧のこ
の制限は有害なファクタである。実際、ダイオードの閾
値電圧は通常1.2 〜1.5 Vに等しく、従って、その制限
は1つの段と次の段の間で最悪の場合でも電源電圧の値
に半分に等しい。第2に、これらの損失は、各段の間で
転送される電荷の量を制限し、そこから出力電圧の立ち
上がり時間が増大する。
【0006】例えば、電源電圧を2倍にし、従って、3
Vから6Vにすることが所望の時、理論的には1つの段
だけで十分である。実際には、その時、出力電圧は4.5
〜5Vの範囲に制限される。従って、少なくとも1つの
追加段を付け加えることが必要だが、それは占有空間の
量に関して不利益を伴う。さらに、追加段のためのクロ
ック信号を生成し、クロック信号のタイミングを互いに
調整するための制御回路が必要であり、その制御回路の
ための追加空間を考慮しなければならない。
【0007】また、いわゆるネーティブトランジスタ、
すなわち、不純物がドープされていないトランジスタに
よってダイオードを製造することを考えることもでき
る。これらのトランジスタは、約 0.2〜0.4 Vの低い閾
値電圧を有する。しかし、これらの方法は、製造技術を
限定する必要があり、特に時間がかかり、コストの高い
プロセスとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の観点から、本発
明の目的は、分離ダイオードの存在による欠点(これら
の欠点は、電圧降下、立ち上がり時間の増大及びこれら
の欠点を解消するために段数を増加させる必要によって
生じる追加空間要求である)を解消する昇圧回路を提案
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によると、この目
的は、少なくとも入力電源電圧(VCC)を受ける第1
の入力端子と、昇圧した出力電源電圧(VBST)を出
力する出力端子と、出力からクロック信号(CLK)を
出力する発振器と、上記発振器の出力に接続された第1
の端子を有する第1のコンデンサとを少なくとも備える
昇圧回路であって、上記コンデンサの第2の端子と上記
第1の入力端子との間に直列接続されており、プリチャ
ージ2値信号(SETUP)がアクティブの時、上記コ
ンデンサの第2の端子を上記第1の入力端子に接続する
第1のプリチャージトランジスタと、上記コンデンサの
第2の端子と上記出力端子との間に直列接続されてお
り、放電2値信号(GBST)がアクティブの時、上記
コンデンサの第2の端子を出力端子に接続する分離トラ
ンジスタとを少なくとも備えることを特徴とする昇圧回
路によって達成される。
【0010】従って、本発明は、ダイオードをトランジ
スタに取り替えることを提案するものである。例えば、
NMOS形電界効果トランジスタを使用することによっ
て、NMOS形電界効果トランジスタがアクティブであ
る時に、転送されるべき電位(段をプリチャージするた
めの電源電圧の電位、1つの段からもう1つの段に電荷
を転送するための前段の出力の電位)より大きい電圧の
2値制御信号を、それらのNMOS形電界効果トランジ
スタの制御ゲートに印加することにより、ダイオードの
存在する場合の電圧降下を解消することができる。ここ
で、「アクティブ」という語は、その電位がトランジス
タをオンにするような制御信号の状態を意味するものと
する。
【0011】一時的には、コンデンサはプリチャージト
ランジスタによって電源電位に充電され、その時クロッ
ク信号は低いまたは非アクティブ状態(実際には、グラ
ウンド電位にある)である。同様に、出力端子も等価な
方法でプリチャージされる。その時、クロック信号が電
源電位(アクティブ状態)にあると、分離トランジスタ
はオンになり、出力端子が容量性ノードであると理解す
るならば、出力電位は電荷転送によって増大する。出力
端子のプリチャージによって出力電位の立ち上がり時間
を減少することが可能なので、そのプリチャージは特に
有効である。本発明のその他の特徴及び利点は、添付図
面を参照して行なう下記の好ましい実施例の説明からよ
り明らかになろう。但し、この説明は、本発明を何ら限
定するものではない。
【0012】
【実施例】図1は、昇圧回路1を図示したものである。
この昇圧回路1は、入力電源電圧VCCを受ける第1の
入力端子2と、基準電圧GNDを受ける第2の入力端子
3と、初期化信号ENABLEを受ける第3の入力端子
4と、上昇した電源電圧VBSTを出力する出力端子5
とを備える。
【0013】実際、第2の入力端子3はグラウンドであ
る(図3及び図4のタイミングチャートでは0電位であ
る)。1実施例では、VCCは例えば3Vである。出力
端子5は、容量性ノードであり、この出力端子5と基準
端子3(グラウンドの印によって図示した)との間に接
続された出力コンデンサ6によって象徴的に図示された
回路に給電する。昇圧回路1は更に、出力8からクロッ
ク信号CLKを出力する発振器7を有する。図3eに図
示したこのクロック信号CLKは、グラウンド電位0
(非アクティブ状態)と電源電位VCC(いわゆるアク
ティブ状態)との間で振動する。
【0014】発振器7は、発振器を可能化させる2値
(バイナリー)制御信号ENOSCが論理状態1(いわ
ゆるアクティブ信号)である時クロック信号CLKを出
力し、この制御信号ENOSCが論理状態0(いわゆる
非アクティブ信号)である時出力8から出力される信号
は電位0である。発振器7の出力8は、第1のコンデン
サ9の一方の端子に接続されている。このコンデンサ9
の第2の端子は、プリチャージトランジスタ10のドレイ
ンに接続され、プリチャージトランジスタ10のソースは
電源端子2(VCC)に接続されている。ここで、コン
デンサのこの第2の端子の電位をMBSTで表す(図4
aに図示)。
【0015】上記の実施例では、トランジスタはMOS
(金属−酸化物−半導体)型電界効果トランジスタであ
る。このプリチャージトランジスタ10は、クロック信号
CLKが非アクティブ(電位0)である時、電位MBS
TをVCCにするために使用される。コンデンサ9の第
2の端子は更に、分離トランジスタ11のソースに接続さ
れ、その分離トランジスタ11のドレインは出力端子5に
接続されている。
【0016】この分離トランジスタ11は、コンデンサ9
から出力端子5に電荷を転送するために、クロック信号
CLKがアクティブである時オンになる。分離トランジ
スタ11のドレインは、プリチャージトランジスタ12を介
して電源端子2(VCC)に接続されている。
【0017】図3aは、初期化信号ENABLEを図示
したものである。この初期化信号が論理レベル1(電位
VCC)である時、非アクティブと呼ばれる。その時、
昇圧回路1は、(出力端子5から給電される回路による
損失にかかわらず)出力端子5の電位VBST(図4e
に図示)が安定するように組織化されている。初期化信
号ENBLEが論理レベル0(電位0)になると、アク
ティブであると言われ、その時、出力端子5は分離トラ
ンジスタ11を介してコンデンサ9によって充電される。
図示の例では、プリチャージトランジスタ10及び分離ト
ランジスタ11は、Nチャネル電界効果トランジスタであ
る。
【0018】プリチャージトランジスタ10の制御ゲート
は、図3dに図示した2値プリチャージ信号SETUP
を受ける。このプリチャージ信号SETUPを生成する
ために、2入力NORゲート13を使用する。このNOR
ゲート13は、その入力にクロック信号CLK及び初期化
信号ENABLEを受ける。このNORゲートの出力
は、第2のコンデンサ14の第1の端子に接続されてい
る。このコンデンサ14の第2の端子は、ダイオードの形
に接続されたNチャネル電界効果トランジスタ15を介し
て電源端子2(VCC)に接続されている。プリチャー
ジ信号SETUPを出力するのはコンデンサ14の第2の
端子である。
【0019】プリチャージ信号SETUPが非アクティ
ブであるためには、NORゲートの出力は論理レベル0
(電位0)であり、トランジスタ15の閾値電圧をVtと
すると、信号SETUPは電位(VCC−Vt)であ
る。この電位(VCC−Vt)は、プリチャージ信号S
ETUPの非アクティブ状態に対応すると言える。その
時、プリチャージトランジスタ10はオフである。
【0020】初期化信号ENABLEがt0 時にアクテ
ィブになると、NORゲートの出力は論理レベル1(電
位VCC)となり、その時、プリチャージ信号SETU
Pはコンデンサ14によって電位2×VCC−Vtにされ
る。従って、プリチャージトランジスタ10はオンにな
り、コンデンサ9の第2の端子は電位VCCにされる。
従って、プリチャージ電位がVCC−Vtに制限される
シェンケル(Schenkel)型回路の欠点は取り除かれる。
【0021】出力電圧VBSTを2×VCCにするため
に回路を使用することができようにするために、もちろ
んクロック信号CLKがコンデンサ9のプリチャージ中
非アクティブであることが必要である。このために、下
記のプロシージャが使用される。入力端子が単安定回路
17の入力16に接続され、従って、t0 時にこの単安定回
路は出力18に正のパルスを生成する。単安定回路17のこ
の出力18は、図3bに図示した出力プリチャージ初期化
信号INITを生成する。この信号INITは、2値信
号であり、電位0(非アクティブ状態)または電位VC
C(アクティブ状態)のどちらかである。t0 時に、信
号INITはアクティブ状態になり、次のt1 時に非ア
クティブ状態になる。単安定回路17の出力18は、2入力
NORゲート19の入力に接続されている。このNORゲ
ート19のもう1つの入力は、初期化信号ENABLEを
受ける。このゲート19の出力は、発振器7の入力20に接
続され、その発振器に制御信号ENOSCを出力する。
従って、初期化信号ENABLE及びINITが電位V
CCにある限り、クロック信号CLKは電位0に保持さ
れる。
【0022】t1 時に、発振器7は作動し、クロック信
号CLKはプリチャージ信号SETUPとの逆相関係
で、VCCと0との間で振動を開始する。プリチャージ
信号SETUPがアクティブである時、電位MBSTは
VCCになり、次に、クロック信号がアクティブ状態に
なり且つプリチャージトランジスタはオフになる時、2
×VCCになる。
【0023】電位MBSTの立ち上がり時間を短くする
ために、期間t1 −t0 は可能な限り短く、同時にこの
電位が電位VCCのレベルに達するために十分な期間で
あることが有効である。このため、コンデンサ9の第2
の端子は、ダイオードの形に接続されたNチャネル電界
効果トランジスタ21を介して電源端子2(VCC)に接
続されている。従って、初期化信号ENABLEが非ア
クティブである時、電位MBSTはVCC−Vtに等し
い(全トランジスタは同じ閾値電圧を有するものと仮定
する)。実際、期間t1 −t0 は、単安定回路に付属す
る抵抗の値と容量の値の選択によって決定される。
【0024】出力プリチャージ初期信号INITは、ま
た出力端子5をプリチャージし、その電位VBSTをV
CCにするために使用される。このため、信号INIT
がアクティブである限りプリチャージトランジスタ12が
オンであるように、プリチャージトランジスタ12の制御
ゲートに入力される出力プリチャージ制御信号PREB
OOSTを生成する。
【0025】プリチャージ信号SETUPの場合と同様
に、出力プリチャージ信号PREBOOST(図3cに
図示)は、t0 時とt1 時の間に電位2×VCC−Vt
にされる。このため、単安定回路17の出力18はコンデン
サ22の第1の端子に接続されている。このコンデンサ22
の第2の端子は、Nチャネル電界効果トランジスタ23を
介して電源端子(VCC)に接続されている。その制御
ゲートは、初期化信号ENABLEを受ける。出力プリ
チャージ信号PREBOOSTは、コンデンサ22の第2
の端子に存在する信号である。初期化信号ENABLE
が非アクティブである限り、信号PREBOOSTは電
位VCC−Vtにある。t0 時には、信号INITは電
位VCCになり、従って、信号PREBOOSTの電位
は2×VCC−Vtにされる。
【0026】t1 時にはプリチャージトランジスタ12は
オフであり、これは出力端子5を電源端子2から分離
し、電位VBSTを2×VCCに立ち上げることを可能
にする。そのためには、信号PREBOOSTを電位0
に下げることが考えられる。このためには、Nチャネル
電界効果トランジスタ25によってコンデンサ22の第2の
端子をグラウンドに接続すれば十分である。このトラン
ジスタ25の制御ゲートは、その入力に初期化信号ENA
BLE及び出力プリチャージ初期信号INITを受ける
2入力NORゲート24の出力に接続されている。トラン
ジスタ23(ENABLEが非アクティブである時ダイオ
ードに等価である)によって、電位VBSTのVCCへ
の立ち上がり時間は、(トランジスタ21による) 電位M
BSTのVCCへの立ち上がり時間の減少と同様に、減
少されることが注目されたい。
【0027】コンデンサ9及び出力端子5(または結局
同じことであるコンデンサ6)のプリチャージについて
記載したが、電位VBSTがコンデンサ9と出力端子5
との間の電荷転送によって大きくなる態様を以下に説明
する。出力端子5でコンデンサ9を放電するためには、
電位MBSTが2×VCCに立ち上がり次第、分離トラ
ンジスタ11がオンにされる。放電がなされると、このト
ランジスタ11はオフになり、コンデンサ9は再度充電さ
れる。分離トランジスタ11をオンまたはオフにするため
に、2値チャージ制御信号GBST(図4dに図示)が
その制御ゲートに入力される。
【0028】損失なく電荷転送を実現するためには、分
離トランジスタ11をオンにすることが望ましい時、チャ
ージ制御信号GBSTは2×VCCより大きくなければ
ならない。このために、チャージ制御回路26及び27が使
用される。チャージ制御回路26及び27は、コンデンサを
使用する上記したプリチャージ/チャージ回路と同じ動
作原理を実施している。
【0029】その原理は、入力で受けた信号より大きい
電位に達することがある出力信号の生成を可能にするチ
ャージ制御回路を使用することにある。従って、一般的
に入力信号と出力信号との間にVCCの電位差が生じ
る。第1のチャージ制御回路26は入力にクロック信号C
LKを受け、出力に0と2×VCCとの間で変化するク
ロック信号を生成する。その後者のクロック信号は、チ
ャージ制御回路27に供給される。このチャージ制御回路
27は、第1の回路26と直列接続され、3×VCCにまで
上昇することがあるチャージ制御信号GBSTを生成す
る。
【0030】チャージ制御回路は、図2に図示されてい
る。図示のチャージ制御回路は、第1の入力クロック信
号H1を受けるための第1の入力28と、第2の入力クロ
ック信号H2を受けるための第2の入力29と、第1の出
力クロック信号H3を出力する第1の出力30と、第2の
出力クロック信号H4を出力する第2の出力31とを有す
る。
【0031】実際には、第1及び第2の入力クロック信
号は、2つの値をとることができる。すなわら、基準電
位0(非アクティブ状態)かまたはVCCの倍数である
電位(アクティブ状態)である。例えば、入力クロック
信号H1は、0とm×VCC(但し、mは整数)との範
囲にあるものと仮定する。入力28は、コンデンサ32の第
1の端子に接続されている。このコンデンサ32の第2の
端子は、制御ゲートにプリチャージ信号SETUPを受
けるNチャネル電界効果プリチャージトランジスタ33を
介して電源端子2(VCC)に接続されている。
【0032】ここで、コンデンサ32の第2の端子の電位
をBSTで表す。電位BSTは、昇圧された内部電源電
圧である(「内部」とは、出力に現れる電圧VBSTと
区別するためである)。プリチャージ信号SETUPが
アクティブである期間の間に第1の入力クロック信号H
1を非アクティブにすることによって、コンデンサをB
ST=VCCにプリチャージすることができる。次に、
信号H1がアクティブである時、コンデンサは充電さ
れ、BSTは(m+1)×VCCに上昇する。
【0033】さらに、スイッチ34を使用して、第1の出
力クロック信号H3を0と(m+1)×VCCとの間で
振動するように生成する。このため、このスイッチ34
は、入力35に第2の出力クロック信号H4を受ける。こ
の信号H4は、電位0と電位VCCとの間を変化する。
【0034】このクロック信号H4は、電源端子2と基
準端子3との間に直列接続された各々Pチャネル及びN
チャネルの電界効果トランジスタである2つのトランジ
スタによって形成されるインバータの入力に入力され
る。従って、その出力では、このインバータは、第2の
出力クロック信号H4と逆相関係で、0とVCCとの間
で振動する信号を生成する。
【0035】スイッチ34は、さらに、入力36と基準端子
3との間に直列接続されたPチャネル電界効果トランジ
スタ及びNチャネル電界効果トランジスタによって各々
形成された2つのアームを有する。入力36は、コンデン
サ32の第2の端子に接続されており、従って、電位BS
Tである。
【0036】第1のアーム37のNチャネル電界効果トラ
ンジスタの制御ゲートはインバータの入力に接続され、
第2のアーム38のNチャネル電界効果トランジスタの制
御ゲートはインバータの出力に接続されている。第1の
アーム37のPチャネル電界効果トランジスタの制御ゲー
トは、第2のアーム38の2つのトランジスタの間の接続
中点に接続されている。第2のアーム38のPチャネル電
界効果トランジスタの制御ゲートは、第1のアーム37の
2つのトランジスタの間の接続中点に接続されている。
【0037】スイッチ34は、第2のアーム38の2つのト
ランジスタの間の接続中点に接続された出力39を有し、
この出力39は、チャージ制御回路の出力30に接続されて
いる。第1の入力クロック信号H1が非アクティブ(電
位0)である時非アクティブ(電位0)である第2の出
力クロック信号H4を受けると、スイッチ34は電位0で
ある出力信号(チャージ制御回路の第1の出力クロック
信号H3)を生成する。第1の入力クロック信号H1が
アクティブである時、第2の出力クロック信号H4がア
クティブ状態になると、第1の出力クロック信号H3は
(m+1)×VCCの電位に上昇する。
【0038】同一であるクロック信号H1及びH4を使
用することが可能である。実際には、コンデンサが電位
VBSTを(m+1 )×VCCにするに要する時間(そ
れは瞬時ではない)を与えるために、第2の出力クロッ
ク信号H4のアクティブ状態への変化を遅延させること
が好ましい。このため、第2の出力クロック信号H4
は、以下に記載の方法で第1の入力クロック信号H2か
ら生成される。クロック信号H2を受ける入力29は、遅
延回路40の入力41に接続されており、この回路の出力42
は、第2の出力クロック信号H4を出力する。遅延回路
40の入力41は、インバータ43に接続されており、その出
力はコンデンサ44の一方の端子に接続され、そのもう一
方の端子は基準端子3に接続されている。
【0039】インバータ43の出力は、さらにインバータ
45の入力に接続されている。このインバータ45の出力
は、2入力NANDゲート46の1つの入力に接続されて
いる。このNANDゲート46のもう一方の入力は遅延回
路40の入力41に接続され、その出力はインバータ47を介
してこの遅延回路40の出力42に接続されている。従っ
て、入力クロック信号H2が非アクティブ状態からアク
ティブ状態になる時、出力クロック信号H4は、コンデ
ンサ44の漸進的な放電によって或る期間の間非アクティ
ブ状態のままである。
【0040】入力クロック信号H2がアクティブ状態か
ら非アクティブ状態に反転した時、第4の出力クロック
信号H4はNANDゲート46によって同時に非アクティ
ブ状態になることが注目される。入力クロック信号H1
及びH2が同期しており、同時に同じ状態(アクティブ
または非アクティブである時)である時、出力クロック
信号H3及びH4は、同期しており、同時に同じ状態で
ある。入力クロック信号のアクティブ状態への変化を遅
延させるために、出力クロック信号のデューティ比を入
力クロック信号のデューティ比に対して単に変更されて
いる。
【0041】第2の出力クロック信号H4が0とVCC
との間で振動することを述べたが、同じことが第2の入
力クロック信号H2についても言える。遅延回路40の論
理回路は電源端子2と基準端子3との間で給電される。
コンデンサ32の第2の端子を、ダイオードの形に接続さ
れたNチャネル電界効果トランジスタ48を介して電源端
子2(VCC)に接続することができることが注目され
る。これによって、このコンデンサ32のプリチャージ時
間を短くするために電位BSTを(VCC−Vt)以下
にしないことができる。
【0042】本発明によって構成された昇圧回路1で
は、2つの直列接続されたチャージ制御回路26及び27が
使用されている。第1のチャージ制御回路26は、その2
つの入力にクロック信号CLKを受ける。この第1のチ
ャージ制御回路26の第1の出力は、第2のチャージ制御
回路27の第1の入力に接続されている。第2のチャージ
制御回路27の第2の入力は第1のチャージ制御回路26の
第2の出力に接続され、その第2のチャージ制御回路27
の出力は分離トランジスタ11の制御ゲートに接続されて
いる。
【0043】図3fは、第1のチャージ制御回路26の第
2の出力クロック信号CLK1のタイミングチャートを
図示したものである。図3hは、第2のチャージ制御回
路27の第2の出力クロック信号CLK2のタイミングチ
ャートを図示したものである。図4bは、第1のチャー
ジ制御回路26のコンデンサの第2の端子の電位BST1
のタイミングチャートを図示したものである。図4c
は、第2のチャージ制御回路27のコンデンサの第2の端
子の電位BST2のタイミングチャートを図示したもの
である。
【0044】t0 時まで、電位BST1及びBST2
は、(VCC−Vt)である。t0 時に、プリチャージ
信号SETUPがアクティブにされ、これらの電位はV
CCにされる。t1 時に、クロック信号CLKがアクテ
ィブにされる。その後のt3 時に、クロック信号CLK
1は、クロック信号CLKに対して時間d1 =t3 −t
1 だけ遅延してアクティブにされる。従って、このt3
時に、電位BST1は、2×VCCに上昇される。t3
の後のt4 時に、クロック信号CLK2は、クロック信
号CLK2に対して時間d2 =t4 −t3 だけ遅延して
アクティブにされる。
【0045】クロック信号CLKが非アクティブ状態に
戻る時(t2 時)、クロック信号CLK1及びCLK2
は同時に非アクティブになる。従って、初期に電位0で
あるチャージ制御信号GBSTは、t4 時に3×VCC
に上昇し、t2 時までこの電位のままである。もちろ
ん、t2 時はt4 時の後でなければならず、そうでなけ
れば、チャージ制御信号は常に電位0であり、チャージ
トランジスタ11は常にオフであり、それは意味がない。
【0046】一例では、デューティ比が1/2であり、
周期が100 ナノ秒であるクロック信号CLKを考察す
る。もちろん、遅延量は、使用するコンデンサの容量値
を考慮して決定する。チャージ制御回路26及び27のコン
デンサの場合、これらのコンデンサが、電圧制御信号
(トランジスタ11のバイアスのため) を生成するために
使用され、かなり高い値の電流を出力することを目的と
しないので、その値は数ピコファラッドに制限される。
数ナノ秒の遅延d1 及びd2 を生成するば十分である。
しかし、直列接続チャージ制御回路間の電荷転送を考慮
する必要がある。
【0047】初期にt0 時に電位VCCにされる出力電
源電圧VBSTは、VCCからt4時にVCC+ΔV1
(ΔV1>0)に上昇し、その時分離トランジスタはオ
ンになる。実際、その時電位MBSTは2×VCCであ
り、コンデンサ9は出力端子で放電され、等価コンデン
サ6を充電する。従って、MBSTはVCC+ΔV1に
下降する。好ましくは、遅延d1 及びd2 は、コンデン
サ9が2×VCCに充電される時間を有するように決定
されることが注目される。そうななければ、出力電圧V
BSTの蓄積時間が短くなる。
【0048】その方法を繰り返すことによって、出力電
圧VBSTは、n番目のクロック周期ごと値ΔVn だけ
大きくなって除々に上昇し、従って、漸近線的に2×V
CCに向かう傾向がある。ΔVn の値は、除々に幅が減
少する。所定の期間内に達したい値に応じて、一方、等
価コンデンサの容量の近似値は知られているので、コン
デンサ9の容量値及び必要なクロック周期数を決定する
ことができる。出力電圧を所望の値にするために必要な
時間を短くするためにかなりの容量を有するコンデンサ
9を使用することが可能な限り求められる。実際、動作
は、回路のサイズによって制限され、コンデンサ6は従
来数百ピコファラドに達するので、コンデンサ9及び6
の容量値を等しくすることは困難である。
【0049】問題とするプリチャージ信号SETUP
は、クロック信号CLKの逆相の信号であるが、それは
必須ではない。使用したプリチャージ信号SETUP
は、クロック信号CLKがアクティブの時アクティブで
ないならば、アクティブ期間が短い信号でもよい。この
場合、コンデンサは電源端子2に放電される。
【0050】チャージ制御回路26及び27の回路数は偶数
であると理解されるので、これらの回路をそれらの出力
とそれらのNANDゲートの出力との間にインバータを
備えずに使用することもできる。これによって、回路の
全体の占有空間要求を小さくすることもできる。さら
に、この占有空間要求を小さくためには使用するトラン
ジスタはPチャネル電界効果トランジスタよりもむしろ
Nチャネル電界効果トランジスタが好ましい。
【0051】より一般的な観点から、本発明によって提
案される方法は、多段階シェンケル(Schenkel)型チャー
ジポンプに容易に適用できる。同様に、チャージ制御回
路に実行した原理と同様な方法で複数の直列接続コンデ
ンサを備える昇圧回路の製造を考えることができる。し
かしながら、このような回路は、段が追加されるにつれ
て回路の全体の利得すなわち転送される電荷の総量が減
少し、生成する出力電圧の立ち上がり時間を大きくする
という欠点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による昇圧回路を図示したものであ
る。
【図2】 放電信号を生成するために使用される放電回
路を図示したものである。
【図3】 本発明を実施した回路が受けるまたは生成す
る制御信号のタイミングチャートである。
【図4】 昇圧回路によって生成したアナログ信号のタ
イミングチャートである。
【符号の説明】
1 昇圧回路 2、3、4 入力端子 5 出力端子 6 出力コンデンサ 7 発振器 8、18 出力 9、14、22 コンデンサ 10、12 プリチャージトランジスタ 11 分離トランジスタ 13、19、24 2入力NORゲート 15、21、23、25 Nチャネル電界効果トランジスタ 16、20 入力 17 単安定回路 18 出力 26、27 チャージ制御回路 28、29、35、36、41 入力 30、31、39、42 出力 32、44 コンデンサ 34 スイッチ 37、38 アーム 40 遅延回路 43、45、47インバータ 46 2入力NANDゲート 48 Nチャネル電界効果トランジスタ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電源電圧(VCC)を受ける第1の
    入力端子と、 昇圧した出力電源電圧(VBST)を出力する出力端子
    と、 出力からクロック信号(CLK)を出力する発振器と、 上記発振器の出力に接続された第1の端子を有する第1
    のコンデンサとを少なくとも備える昇圧回路であって、 上記コンデンサの第2の端子と上記第1の入力端子との
    間に直列接続されており、プリチャージ2値信号(SE
    TUP)がアクティブの時、上記コンデンサの第2の端
    子を上記第1の入力端子に接続する第1のプリチャージ
    トランジスタと、 上記コンデンサの第2の端子と上記出力端子との間に直
    列接続されており、放電2値信号(GBST)がアクテ
    ィブの時、上記コンデンサの第2の端子を出力端子に接
    続する分離トランジスタとを少なくとも備えることを特
    徴とする昇圧回路。
  2. 【請求項2】 上記クロック信号が非アクティブである
    時上記プリチャージ信号がアクティブであり、上記クロ
    ック信号がアクティブである時プリチャージ信号が上記
    非アクティブであるように上記プリチャージ信号を生成
    するプリチャージ制御手段を備えることを特徴とする請
    求項1に記載の昇圧回路。
  3. 【請求項3】 昇圧回路は更に、2値初期化信号(EN
    ABLE)を受ける第2の入力端子を備えており、 上記プリチャージ制御手段は、2入力NORゲートと第
    2のコンデンサとを備え、 上記NORゲートは、その第1の入力に上記クロック信
    号を、その第2の入力に上記2値初期化信号を受け、上
    記NORゲートの出力は、上記第2のコンデンサの第1
    の端子に接続され、 上記コンデンサの第2の端子は、上記第1の入力端子に
    アノードが接続されたダイオードのカソードと、第1の
    プリチャージトランジスタの制御ゲートとに接続されて
    いることを特徴とする請求項2に記載の昇圧回路。
  4. 【請求項4】 上記クロック信号がアクティブである時
    上記放電信号がアクティブであり、上記クロック信号が
    非アクティブである時上記放電信号が非アクティブであ
    るように上記放電信号を生成する放電制御手段を備える
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
    昇圧回路。
  5. 【請求項5】 上記放電制御手段は放電回路を備え、上
    記放電回路は、 第1の入力クロック信号を受ける第1の入力と、 第2の入力クロック信号を受ける第2の入力と、 第1の出力クロック信号を出力する第1の出力と、 第2の出力クロック信号を出力する第2の出力とを備
    え、 上記放電回路は、上記第1の入力クロック信号から、昇
    圧された内部電源電圧(BST)を生成し、 上記第2の出力クロック信号は、上記第2の入力クロッ
    ク信号が非アクティブである時非アクティブであり、上
    記第2の入力クロック信号がアクティブ状態になった
    後、遅延してアクティブ状態になり、 上記第1の出力クロック信号は、上記第2の出力クロッ
    ク信号がアクティブの時、上記昇圧された内部電源電圧
    の電位であり、上記第2の出力クロック信号が非アクテ
    ィブである時、第3の入力端子によって与えられた基準
    電位(GND)にあることを特徴とする請求項4に記載
    の昇圧回路。
  6. 【請求項6】 上記放電回路は、 一方の端子が上記放電回路の上記第1の入力に接続され
    ており、制御ゲートにプリチャージ制御信号を受ける第
    2のプリチャージ電界効果トランジスタを介して上記第
    1の入力端子に他方の端子が接続されている第3のコン
    デンサと、 上記第2の出力クロック信号を受ける入力と、上記放電
    回路の上記第1の出力を上記第3のコンデンサの上記他
    方の端子または上記第3の入力端子に選択的に接続する
    ための出力を備えるスイッチとを備えることを特徴とす
    る請求項5に記載の昇圧回路。
  7. 【請求項7】 直列接続された少なくとも2つの放電回
    路を備え、 上記少なくとも2つの放電回路の内の第1の放電回路
    は、その2つの入力に上記クロック信号を受け、 上記少なくとも2つの放電回路の内の第2の放電回路の
    第1の入力は、上記第1の放電回路の第1の出力に接続
    され、 上記第2の放電回路の第2の入力は、上記第1の放電回
    路の第2の出力に接続されており、上記第2の放電回路
    の上記第1の出力は、上記分離トランジスタの制御ゲー
    トに接続されていることを特徴とする請求項5または6
    に記載の昇圧回路。
  8. 【請求項8】 出力プリチャージ初期化信号(INI
    T)がアクティブである時、上記出力端子を上記第1の
    入力端子に接続する出力プリチャージトランジスタを備
    えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載
    の昇圧回路。
  9. 【請求項9】 上記2値初期化信号が非アクティブ状態
    からアクティブ状態になるとき上記出力プリチャージ初
    期化信号が非アクティブ状態からアクティブ状態にな
    り、或る期間の後、上記出力プリチャージ信号が非アク
    ティブ状態となるように上記出力プリチャージ信号を生
    成する出力プリチャージ制御手段を有し、上記2値初期
    化信号が非アクティブである限りまたは上記出力プリチ
    ャージ信号がアクティブである限り、上記発振器の制御
    信号は非アクティブであることを特徴とする請求項8に
    記載の昇圧回路。
  10. 【請求項10】 上記出力プリチャージ制御手段は、上
    記第2の入力端子に接続される入力と、第4のコンデン
    サの第1の端子に接続される出力とを備える単安定回路
    を備え、上記第4のコンデンサの第2の端子は、 その制御端子に上記2値初期化信号を受ける第3のプリ
    チャージトランジスタを介して上記第1の入力端子に接
    続され、更に、 その入力に上記2値初期化信号と上記出力プリチャージ
    初期化信号とを受ける2入力NORゲートの出力に制御
    ゲートが接続されたトランジスタを介して第3の入力端
    子にに接続され、そして、 上記出力プリチャージトランジスタの制御ゲートにも接
    続されていることを特徴とする請求項9に記載の昇圧回
    路。
  11. 【請求項11】 上記発振器は、その入力に上記2値初
    期化信号及び上記出力プリチャージ初期化信号を受ける
    2入力NORゲートから与えられる発振器制御信号(E
    NOSC)を受け、上記発振器は、上記発振器制御信号
    がアクティブである時、上記クロック信号を出力するこ
    とを特徴とする請求項9または10に記載の昇圧回路。
  12. 【請求項12】 上記プリチャージトランジスタはNチ
    ャネル電界効果トランジスタであることを特徴とする請
    求項1〜11のいずれか1項記載の昇圧回路。
  13. 【請求項13】 上記2値プリチャージ信号は、アクテ
    ィブである時、上記第1の入力端子の電位より高い電位
    にあることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に
    記載の昇圧回路。
  14. 【請求項14】 上記2値放電信号は、アクティブであ
    る時、上記第1の入力端子の電位と上記クロック信号の
    最も高い電位との合計より大きい電位にあることを特徴
    とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の昇圧回路。
  15. 【請求項15】 上記プリチャージトランジスタと並列
    接続された、ダイオードとして機能するように接続され
    たトランジスタを備えることを特徴とする請求項1〜14
    のいずれか1項に記載の昇圧回路。
  16. 【請求項16】 請求項1〜15のいずれか1項に記載の
    昇圧回路を備える電気的にプログラム可能なメモリ。
JP7139854A 1994-04-21 1995-04-21 昇圧回路 Withdrawn JPH0898511A (ja)

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FR9404985 1994-04-21
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EP0678868B1 (fr) 1997-06-18
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