JPH10304653A - 半導体昇圧回路 - Google Patents
半導体昇圧回路Info
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- JPH10304653A JPH10304653A JP10449897A JP10449897A JPH10304653A JP H10304653 A JPH10304653 A JP H10304653A JP 10449897 A JP10449897 A JP 10449897A JP 10449897 A JP10449897 A JP 10449897A JP H10304653 A JPH10304653 A JP H10304653A
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Abstract
電圧を選択的に取り出せるようにするとともに、消費電
力を低減する。 【解決手段】 昇圧用クロックCLK1〜CLKnにより
容量性素子C1〜Cnの充放電を行うことで昇圧動作を行
う複数個のポンプブロック11〜1nが直列に接続されて
昇圧電圧を生成するチャージポンプ手段10と、このチ
ャージポンプ手段10を構成する各ポンプブロック11
〜1nに対して昇圧用クロックCLK1〜CLKnを供給
するクロック生成手段2と、チャージポンプ手段10に
おけるポンプブロック11〜1nの出力の内の少なくとも
1つの出力を整流用ダイオードDo1〜Donを介して容量
性素子Coに接続してなる出力整流手段4とを備える。
Description
る昇圧回路に関するものである。
シュEEPROMでは、書込みや消去あるいは読出しの
際に正の高電圧や負の高電圧など様々な電圧の電源を必
要とする。
が促進されており、そのような状況下から、たとえば、
単一電源化を図るために外部の電源電圧を内部を設けた
回路によって昇圧するようにしたものが提供されてい
る。
せる半導体昇圧回路として、たとえば、図4に示すよう
なチャージポンプ型昇圧回路が知られている。なお、図
4のチャージポンプ型昇圧回路は正昇圧回路である。
基本的には、昇圧用のクロックCLK1,CLK2を入力
してチャージポンプ手段を構成する各ポンプブロック1
1〜1nの段数に応じて電源電圧Vddから昇圧された所定
の電圧Vppを出力端子6から得るものであって、ダイオ
ードD1〜Dnが直列接続され、各々のダイオードD1〜
Dnのカソードに対しては、昇圧用の容量性素子C1〜C
nを介してクロック生成手段1から生成される昇圧用の
2つのクロックCLK1、CLK2が供給されるようにな
っている。
LK2は、容量性素子C1〜Cnの内、図中奇数番目に相
当する容量性素子C1,C3,…に対しては一方のクロッ
クCLK1が、また、図中偶数番目に相当する容量性素
子C2,C4,…に対しては、他方のCLK2がそれぞれ
供給される。両クロックCLK1,CLK2は、同じ周波
数でかつ位相が互いに逆であって、両クロックCL
K1,CLK2は共にLレベルのときはGNDレベルに、
Hレベルのときは電源電圧のVddレベルとなるように設
定されている。また、最終段のダイオードDoおよび容
量性素子Coは整流用素子であって、出力電圧Vppを整
流する出力整流手段4を構成している。
作について詳しく説明する。
ル、他方のクロックCLK2がHレベルのとき、ダイオ
ードD1には順バイアスが加わって容量性素子C1が充電
されるので、初段のポンプブロック11のノードN1はV
ddからダイオードD1の電圧降下分(=Vd)を引いた電位
(=Vdd−Vd)になる。
レベルになると、ノードN1の電位は(Vdd−Vd)からV
dd分だけ昇圧されて(2Vdd−Vd)の電位となる。ま
た、このとき、次段のポンプブロック12のダイオード
D2に順バイアスが加わって容量性素子C2が充電される
ので、そのノードN2の電位は、前段のポンプブロック
11のノードN1の電位からダイオードD2による電圧降
下分(=Vd)を差し引いた(2Vdd−Vd)−Vd=2(Vdd
−Vd)の値となる。
レベルになると、ノードN2の電位は2(Vdd−Vd)から
Vdd分だけ昇圧した(3Vdd−2Vd)となる。また、こ
のとき、次段のポンプブロック13のダイオードD3には
順バイアスが加わって容量性素子C3が充電されるの
で、そのノードN3の電位は、その前段のノードN2の電
位からダイオードD3による電圧降下分(=Vd)を引いた
(3Vdd−2Vd)−Vd=3(Vdd−Vd)の値となる。
各ポンプブロック11〜1nの段数分だけ昇圧され、n段
目のポンプブロック1nのノードNnの電位は、n・(Vdd
−Vd)となる。そして、出力端子6で得られる最終的な
出力電圧Vppは、出力整流手段4でノードNnの電位を
ピークホールドするので、Vpp=(n+1)・(Vdd−Vd)
となる。
チャージポンプ型昇圧回路は、外部の電源電圧Vddがノ
イズなどにより振れて、その値Vddが低下した場合、こ
れに応じて出力電圧Vppも低下して所望の電圧を出力で
きないという問題がある。
た場合には、必要以上に出力電圧Vppも上昇し、消費電
力の面から不利になるという問題がある。
合、PNジャンクションダイオードのブレイクダウン電
圧を越えて特性を悪化させるという問題もある。
数の昇圧電圧が必要な場合があるが、そのときには、そ
れぞれの昇圧電圧毎にチャージポンプ型昇圧回路が必要
となり、実装面積およびコスト面から不利になるという
問題がある。
めのもので、低消費電力、低コストの半導体昇圧回路を
提供することを課題とする。
決するために、次の手段を講じている。
圧用クロックにより容量性素子の充放電を行うことで昇
圧動作を行うポンプブロックの複数個が直列に接続され
て昇圧電圧を生成するチャージポンプ手段と、このチャ
ージポンプ手段を構成する各ポンプブロックに対して前
記昇圧用クロックを供給するクロック生成手段と、前記
チャージポンプ手段におけるポンプブロックの出力の内
の少なくとも1つの出力を整流用ダイオードを介して容
量性素子に接続してなる出力整流手段とを備えることを
特徴としている。
求項1記載の構成において、前記出力整流手段の出力電
圧を検出し、これに基づいて前記クロック生成手段によ
る前記昇圧用クロックの供給を制御する電圧検出手段を
備えることを特徴としている。
求項1または請求項2記載の構成において、前記出力整
流手段の出力側に、この出力整流手段の出力電圧を降圧
して安定化するレギュレータ回路を少なくとも一つを接
続したことを特徴としている。
て、図面を参照しながら説明する。
1に係る半導体昇圧回路、特にここではチャージポンプ
型昇圧回路を示す回路図であり、図4に示した従来例に
対応する部分には、同一の符号を付す。
D1〜Dnが直列接続され、各々のダイオードD1〜Dnの
カソードに対しては昇圧用の容量性素子C1〜Cnが接続
されて複数のポンプブロック11〜1nからなるチャージ
ポンプ手段10が構成されている点は、図4に示した従
来例の場合と同じである。
ック11〜1nの出力がそれぞれ整流用ダイオードDo1
〜Donを介して単一の出力端子6に接続されて出力整
流手段4が構成されている。しかも、クロック生成手段
2からは、各ポンプブロック11〜1nの個数に応じた昇
圧用の各クロックCLK1〜CLKnが発生され、各クロ
ックCLK1〜CLKnがそれぞれ個別に各ポンプブロッ
ク11〜1nに与えられていることである。
れる昇圧用の各クロックCLK1〜CLKnの内、偶数番
目のクロックCLK2,CLK4,…と、奇数番目のクロ
ックCLK1,CLK3,…とは、同じ周波数でかつ位相
が互いに逆であって、各クロックCLK1〜CLKnは、
共にLレベルのときはGNDレベルに、Hレベルのとき
は電源電圧のVddレベルとなるように設定されている。
動作について説明する。
CLK1〜CLKnが全て出力されている通常の場合
は、図4に示した構成の従来のチャージポンプ型昇圧回
路と同様に、出力端子6で得られる出力電圧Vppは、最
終的に(n+1)・(Vdd−Vd)となる。
=(n+1)・(Vdd−Vd)に到達するまでの過渡的な動作
は、図4に示した従来回路の場合の動作と若干異なって
いる。
ず、ポンプブロック11のノードN1からダイオードDo1
を介して出力端子6にVppに電荷を供給する。
くと、ダイオードDo1は逆バイアスとなるため、その動
作が停止する。
N2からダイオードDo2を介してVppに電荷を供給す
る。出力端子6の電位Vppが徐々に上がっていくと、ダ
イオードDo2は逆バイアスとなるため、その動作が停止
する。
的な出力電圧Vppは(n+1)・(Vdd−Vd)となる。
電圧Vppとしてn・(Vdd−Vd)の電圧が必要となった場
合を考えると、このときには、図外のマイクロコンピュ
ータ等の制御回路からクロック制御信号を与えて、クロ
ック生成手段2から出力されている昇圧用のクロックC
LK1〜CLKnの内、n段目のポンプブロック1nに供給
されているクロックCLKnの出力のみを停止する。
昇圧動作が停止するが、それより前段側にある各ポンプ
ブロック11〜1n-1にはクロックCLK1〜CLKn-1が
継続的に加えられているので、(n−1)段目のポンプブ
ロック1n-1のノードNn-1の電位は昇圧されて(n−1)
・(Vdd−Vd)となる。
によってこの(n−1)段目のポンプブロック1n-1のノー
ドNn-1の電位をピークホールドするので、出力端子6
で得られる最終的な出力電圧Vppは、n・(Vdd−Vd)と
なる。なお、この場合、他の整流用ダイオードDo1〜D
on-2は逆バイアスとなるので動作はしない。
きな昇圧用クロックから順次クロック出力を停止してい
くことで、出力端子6で得られる最終的な出力電圧Vpp
の電位は下がっていくことになる。
クロックCLK1〜CLKnを供給するか、停止するかを
制御することよって、出力電圧Vppの値として(Vdd−
Vd)の整数倍の出力を任意に得ることができる。
は、昇圧用クロックの供給制御により、複数の出力電圧
を1つのチャージポンプ型昇圧回路で得ることができる
ため、従来のように、各々所望の昇圧電圧ごとに個別に
昇圧回路を設ける必要がなくなる。
とき、クロック番号の大きな昇圧用クロックから順次ク
ロックの供給を止めていくことで最終的な出力電圧Vpp
の電位は下がって所望の電圧を得ることができる。
止めることができるので低消費電力化を実現することが
できる なお、この実施の形態1では、各ポンプブロック11〜
1nの構成素子としてダイオードD1〜Dnを使用し、ま
た、出力整流手段4としてもダイオードDo1〜Donを
使用したが、これらのダイオードに代えてMOSトラン
ジスタを用いても同様の効果を得ることができる。ま
た、正昇圧に関して説明したが、ダイオードD1〜Dn,
Do1〜Donのアノードとカソードの向きを変えることに
よって、負昇圧チャージポンプ型昇圧回路を実現でき
る。
ジポンプ型昇圧回路は非常に基本的な回路であって、し
きい値電圧相殺型や相補型のチャージポンプ型昇圧回路
等でも同様の効果を得ることができる。
々独立したクロックであったが、複数本まとめても同様
の効果を得ることができる。ただし、その場合には、出
力電圧を調整できる電圧の数が減ることにはなるが、調
整する電圧が少なくなる分、クロックの削減およびクロ
ック配線領域の削減することにより面積的に有利にな
る。
ンプブロック11〜1n毎に接続しているが、一部のポン
プブロックのみに接続しても同様の効果を得ることがで
きる。ただし、その場合も、出力電圧を調整できる電圧
の数が減ることになるが、調整する電圧が少なくなる
分、整流用ダイオードを削減することができて面積的に
有利になる。
2に係る半導体昇圧回路、特にここではチャージポンプ
型昇圧回路を示す回路図であって、図1に示した実施の
形態1と対応する部分については同一の符号を付す。
加わる出力電圧Vppを入力してその値を検出し、その検
出した信号に基づいてクロック生成手段2を制御する電
圧検出手段3が付加されていることである。
1と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
動作について説明する。
手段2から昇圧用のクロックCLK1〜CLKnが全て
出力されている通常の場合で、かつ、外部の電源電圧V
ddが安定しているときには、実施形態1の場合と同様
に、出力端子6で得られる出力電圧Vppは、最終的に(n
+1)・(Vdd−Vd)となる。
出力をクロック番号の大きな順から停止していくこと
で、出力電圧Vppの値として(Vdd−Vd)の整数倍の出
力を選択的に得ることができる点も実施の形態1の場合
と同様である。
特徴がある。
荷電流が流れることによる電圧降下などで常に変動して
いると考えられる。
力端子6からの最終的な出力電圧Vppは、(n+1)・(V
dd−Vd)であるから、たとえば、Vd=0.5V、n=6
として、Vdd=3VのときはVpp=17.5Vとなり、
また、Vdd=3.5VのときはVpp=21Vとなる。つ
まり、出力電圧Vppは、外部の電源電圧Vddの変動に応
じて変動する。
ppの電位を検出し、出力電圧Vppが所望の電圧より高い
場合には、クロック番号の大きな昇圧用クロックから順
次クロックの供給を止めていくようクロック生成手段2
を制御する。このようにすれば、最終的な出力電圧Vpp
の電位は、次第に下降して所望の電圧に近づけることが
できる。
より低い場合には、現在供給を止めている昇圧用クロッ
クのうちクロック番号の小さな昇圧ブロックから順次ク
ロックの供給を開始していくようクロック生成手段2を
制御する。このようにすれば、最終的な出力電圧Vppは
次第に上昇して所望の電圧に近づけることができる。
力電圧Vppを17.5Vとしたとき、電源電圧Vddが変
動して3.5Vとなったときには、そのままでは出力電
圧Vppは21Vになって高過ぎることになるので、これ
を電圧検出手段3により検出し、クロック生成手段2を
制御して昇圧用クロックCLK6の供給を止めるよう制
御する。すると、6段目のポンプブロック16の昇圧動
作が停止し、5段分のポンプブロック11〜15しか昇圧
動作をしないので、出力電圧Vppは18Vとなり、Vdd
=3V時の所望の出力電圧17.5Vに近づけることが
できる。
ば、昇圧用クロックCLK1〜CLKnの供給制御によっ
て、出力整流手段4で得られる1つの出力電圧Vppのレ
ベルを任意に設定することができ、このときには不要な
クロック発生を完全に止めることができるので、低消費
電力化を実現することができる。
部電源電圧Vddが変動することにより出力電圧Vppが変
動した場合でも、電圧検出手段3によって出力電圧Vpp
を検出し、クロック生成手段2による昇圧用クロックの
供給を制御することにより、常に安定した出力電圧が得
られるようになり、信頼性の面からも有利である。
ロック11〜1nの構成素子としてダイオードD1〜Dnを
使用し、また、出力整流手段4としてもダイオードDo
1〜Donを使用したが、これらのダイオードに代えてM
OSトランジスタを用いても同様の効果を得ることがで
きる。また、正昇圧に関して説明したが、ダイオードD
1〜Dn,Do1〜Donのアノードとカソードの向きを変え
ることによって、負昇圧チャージポンプ型昇圧回路を実
現できる。
ジポンプ型昇圧回路は非常に基本的な回路であって、し
きい値電圧相殺型や相補型のチャージポンプ型昇圧回路
等でも同様の効果を得ることができる。
K1〜CLKnが各々独立したクロックであったが、複数
本まとめても同様の効果を得ることができる。ただし、
その場合には、出力電圧を調整できる電圧の数が減るこ
とにはなるが、調整する電圧が少なくなる分、クロック
の削減およびクロック配線領域の削減することにより面
積的に有利になる。
ンプブロック11〜1n毎に接続しているが、一部のポン
プブロックのみに接続しても同様の効果を得ることがで
きる。ただし、その場合も、出力電圧を調整できる電圧
の数が減ることになるが、調整する電圧が少なくなる
分、整流用ダイオードを削減することができて面積的に
有利になる。
3に係る半導体昇圧回路、特にここではチャージポンプ
型昇圧回路を示す回路図であり、図2に示した実施の形
態2に対応する部分については同一の符号を付す。
4の出力側に出力端子60が設けられていることに加え
て、この出力整流手段4で得られる出力電圧Vppを入力
して、この出力電圧Vppを予め決められた各々の電圧に
降圧して安定化させる複数のレギュレータ回路51〜5m
が並列に接続されていることである。
2の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略
する。
動作について説明する。
部分と同じ部分は実施の形態2の場合と同様の動作を行
う。つまり、クロック生成手段2から昇圧用のクロック
CLK1〜CLKnが全て出力されている通常の場合
で、かつ、外部の電源電圧Vddが安定しているときに
は、実施形態2の場合と同様に、出力端子6で得られる
出力電圧Vppは、最終的に(n+1)・(Vdd−Vd)とな
る。
出力をクロック番号の大きな順から停止していくこと
で、出力電圧Vppの値として(Vdd−Vd)の整数倍の出
力を任意に得ることができる点も実施の形態2の場合と
同様である。
Vppを検出し、その出力電圧Vppの変動に応じてクロッ
ク生成手段2から出力される昇圧用の各クロックCLK
1〜CLKnの供給を制御して出力電圧Vppを安定化させ
ることができる点も実施の形態2の場合と同様である。
特徴がある。
外の複数種類の電圧が同時に必要な場合がある。
流手段4で得られる出力電圧Vppを出力端子6からその
まま取り出せるだけでなく、出力電圧Vppを各々のレギ
ュレータ回路51〜5mで個別に降圧して必要な電圧Vpp
1〜Vppmを供給する。なお、当然ながらVpp≧Vpp1〜
Vppmである。
ば、昇圧用クロックCLK1〜CLKnの供給操作により
出力整流手段4で得られる1つの出力電圧Vppのレベル
を任意に設定することができ、このときには不要なクロ
ック発生を完全に止めることができるので、低消費電力
化を実現することができる。
より出力電圧Vppが変動した場合でも、電圧検出手段3
によって出力電圧Vppを検出し、クロック生成手段2に
よる昇圧用クロックの供給を制御することにより、常に
安定した出力電圧が得られるようになり、信頼性の面か
らも有利である。
数のレギュレータ回路51〜5mによって、出力整流手段
4で得られる1つの出力電圧Vppから、これよりも低い
複数の出力電圧Vpp1〜Vppmを同時に得ることができ
る。このため、同時に複数の昇圧電圧Vpp,Vpp1〜Vp
pmが必要な場合、従来のように、各々所望の昇圧電圧ご
とに個別に昇圧回路を設ける必要がないため、面積的に
有利になる。
ロック11〜1nの構成素子としてダイオードD1〜Dnを
使用し、また、出力整流手段4としてもダイオードDo
1〜Donを使用したが、これらのダイオードに代えてM
OSトランジスタを用いても同様の効果を得ることがで
きる。また、正昇圧に関して説明したが、ダイオードD
1〜Dn,Do1〜Donのアノードとカソードの向きを変え
ることによって、負昇圧チャージポンプ型昇圧回路を実
現できる。
ジポンプ型昇圧回路は非常に基本的な回路であって、し
きい値電圧相殺型や相補型のチャージポンプ型昇圧回路
等でも同様の効果を得ることができる。
々独立したクロックであったが、複数本まとめても同様
の効果を得ることができる。ただし、その場合には、出
力電圧を調整できる電圧の数が減ることにはなるが、調
整する電圧が少なくなる分、クロックの削減およびクロ
ック配線領域の削減することにより面積的に有利にな
る。
ンプブロック11〜1n毎に接続しているが、一部のポン
プブロックのみに接続しても同様の効果を得ることがで
きる。ただし、その場合も、出力電圧を調整できる電圧
の数が減ることになるが、調整する電圧が少なくなる
分、整流用ダイオードを削減することができて面積的に
有利になる。
は、次の効果を奏する。
用クロックを各々独立に供給制御を行える構成にしたこ
とより、昇圧動作を行うポンプブロックの段数を調整で
きるので、1つのチャージポンプ型昇圧回路で複数の電
圧を任意に出力することができる。
検出手段によって出力電圧を検出して、出力電圧による
昇圧用クロックの供給を調整するので、電源電圧の変動
しても、出力電圧を常に安定化させることができ、信頼
性が高くなる。
いて、供給を止めている昇圧用クロックがあれば不要な
クロック発生を完全に止めることができるので消費電力
を低減することができる。
のレギュレータ回路により、出力整流手段の出力電圧V
ppよりも低い複数の出力電圧を同時に出力することがで
きるため、複数の昇圧電圧が必要な場合でも昇圧回路が
一つですむので、面積的に有利になる。
回路図
回路図
回路図
Claims (3)
- 【請求項1】 昇圧用クロックにより容量性素子の充放
電を行うことで昇圧動作を行うポンプブロックの複数個
が直列に接続されて昇圧電圧を生成するチャージポンプ
手段と、 このチャージポンプ手段を構成する各ポンプブロックに
対して前記昇圧用クロックを供給するクロック生成手段
と、 前記チャージポンプ手段におけるポンプブロックの出力
の内の少なくとも1つの出力を整流用ダイオードを介し
て容量性素子に接続してなる出力整流手段と、 を備えることを特徴とする半導体昇圧回路。 - 【請求項2】 前記出力整流手段の出力電圧を検出し、
これに基づいて前記クロック生成手段による前記昇圧用
クロックの供給を制御する電圧検出手段を備えることを
特徴とする請求項1記載の半導体昇圧回路。 - 【請求項3】 前記出力整流手段の出力側に、この出力
整流手段の出力電圧を降圧して安定化するレギュレータ
回路を少なくとも一つを接続したことを特徴とする請求
項1または請求項2記載の半導体昇圧回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10449897A JP3578248B2 (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 半導体昇圧回路 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10449897A JP3578248B2 (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 半導体昇圧回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10304653A true JPH10304653A (ja) | 1998-11-13 |
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ID=14382193
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
JP (1) | JP3578248B2 (ja) |
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