JPH11283392A - 昇圧回路 - Google Patents
昇圧回路Info
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- JPH11283392A JPH11283392A JP8661598A JP8661598A JPH11283392A JP H11283392 A JPH11283392 A JP H11283392A JP 8661598 A JP8661598 A JP 8661598A JP 8661598 A JP8661598 A JP 8661598A JP H11283392 A JPH11283392 A JP H11283392A
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Abstract
を上げ、昇圧スピードを期待する値にまで速くすること
を課題とする。 【解決手段】 入力とドレインとゲートとを接続しソー
スを出力とする伝達トランジスタと、該ソースに一端を
接続され他端にクロックを入力するキャパシタとからな
る昇圧セルを複数個縦続接続した昇圧回路において、前
記複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、半導体
基板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル上に形
成された第2ウエルとからなるトリプルウエルで構成さ
れ、前記半導体基板は基準電位に接続され、前記第1ウ
エル内の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の同
一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型の拡
散層と、前記キャパシタの一端と、前記伝達トランジス
タのゲートとを接続したことを特徴とする。
Description
めの昇圧回路に関し、例えば半導体不揮発性記憶装置等
の内部に形成される複数の電源電圧を生成する昇圧回路
に関する。
ROM)においては、信号の書き込みや消去時に電源電
圧よりも高い電圧を必要とするため、複数の昇圧セルを
直列に接続した昇圧回路が用いられている。
号公報に昇圧回路が記載されている。当該公報には、図
16に示すように、P型基板上に形成されたN型トラン
ジスタを利用して昇圧回路を構成している。2相クロッ
クタイプの昇圧回路であり、キャパシタCp(QQ1〜
QQ3)と、伝達トランジスタM(M0〜M3)とで構
成され、それを駆動する為のクロック#1とその#1を
反転した反転クロック#3とがキャパシタQQ1〜QQ
3の一端に印加される。伝達トランジスタM0、M1、
M2、M3、…Mnを直列に接続し、そのトランジスタ
間拡散層に昇圧用キャパシタCpのアノード側を接続
し、そのカソード側にはクロック信号が印加される。ク
ロック信号は、図17に示すクロック#1、#3の2相
の組み合わせで印加される。伝達トランジスタM0、M
1、…Mnはドレインとゲートとを接続したMOS構成
で、各昇圧用キャパシタCpのアノード側接続点P1,
P2,…Pnに電源VDDにドレインとゲートとを接続
したMOSトランジスタのソースが接続されている。
応じて順次次段の昇圧セルに前段の電圧を重畳して昇圧
され、n段目の昇圧セルに至って、目的の電圧を得るこ
とが出来る。従って、目的の昇圧電圧を得るためには、
昇圧セル数とクロック数とが必要であり、昇圧電位立ち
上がり時間が長くなってしまう。
不揮発性半導体記憶装置が開示されており、図5に示す
ように昇圧回路が示されている。本昇圧回路はリングオ
シレータから発する4相クロック信号#1〜#4による
昇圧回路である。電圧の昇圧は、Dタイプのnチャネル
MOSトランジスタQD1〜QD3をキャパシタとして
用い、EタイプnチャネルMOSトランジスタMJ0〜
MJ3を転送ゲートとして行われるようになっている。
転送ゲートMJ0〜MJ3のゲート電圧を昇圧してしき
い値電圧による電圧降下が生じないようにするため、キ
ャパシタとしてのDタイプnチャネルMOSトランジス
タQD5〜QD8及び転送ゲートとしてのEタイプnチ
ャネルMOSトランジスタNJ0〜NJ3が設けられて
いる。
で、電源電圧VccによりキャパシタQD1,QD3に充
電される。また、#1が"H"で、転送ゲートNJ1,N
J3をそれぞれ通じてキャパシタQD1,QD3の充電
電荷の一部がキャパシタQD6,QD8にそれぞれ転送
されて充電され、転送ゲートMJ1,MJ3のゲート電
圧が高くなる。この状態で#3が"L",#2が"H"にな
るとキャパシタQD1、QD3の充電電荷が転送ゲート
MJ1,MJ3をそれぞれ通じてキャパシタQD2,Q
D4に転送されて充電される。このような動作を繰り返
して電源電圧Vccを所要値まで昇圧した昇圧電圧Vppを
生成する。
TD:VTD=MOSD1〜MOSD3のしきい値)の電圧を印加させ
ておく。これにより、昇圧初期に昇圧回路は(Vcc−
VTD)までは充電しなくてもすむ。また、この昇圧回路
の昇圧能力は、電源電圧Vccの降下とともに低下傾向が
生じるが、駆動信号#1〜#4の周波数が高くなること
で、この低下傾向を打ち消すことができる。これら昇圧
回路により、伝達トランジシタの最終出力Voutは電
源電圧Vccから高電圧Vppへと昇圧される。
は、図18に示すように、p型基板上に形成されたn型
MOSトランジスタであり、前段の昇圧セルの出力PD
nからドレイン拡散層N+とゲートにキャパシタQQ
1、QQ3/QQ2とともに接続され、そのソースは次
段にPDn+1として出力される。
し、その出力を共通にした昇圧回路の例を図19に示
す。図19に示すように、昇圧スピードを速くするとと
もに、昇圧回路の電流供給能力を大きくするという目的
のために、昇圧回路を並列にし、その最終出力を共通に
接続している。チャージポンプとして動作する昇圧回路
を並列接続して出力Voutを得ることで、出力電流を
倍増でき、電流供給能力を大きくできる。
回路の入力/出力の間にスイッチを設け、信号電圧によ
り直列に接続された伝達Trの数と昇圧回路の並列数を
可変にする。上述の特開平7−111095号公報によ
れば、入力電圧を昇圧して出力する複数個の昇圧セル
と、これらの昇圧セルの接続状態を切り替える接続切換
回路とを具備し、前記接続切換回路は、昇圧セルを1個
又は複数個直列に接続して構成する昇圧セル群を出力に
対して並列に接続し、且つ昇圧セル群内の昇圧セルの数
と昇圧セル群の数を可変することを特徴としている。
昇圧回路では、昇圧電位が大きくなるにつれ、バックゲ
ートバイアス特性の影響が大きくなり、昇圧効率が悪く
なるという問題がある。
と、レイアウト面積が大きくなるという問題点がある。
来例を示した図16において、伝達トランジスタM0、
M1、M2、M3、…Mnのしきい値をそれぞれVTM
0、VTM1、VTM2、VTM3、…、VTMnとする。伝達トラ
ンジスタMの各ノードPには、電源電圧Vccにドレイン
とゲートを接続したMOSトランジスタD1〜Dn+1
(しきい値:VTD)により、そのしきい値分電位が下が
ったVcc−VTDの電位が与えられている。また、各キャ
パシタCpに印加されるクロックclkにより、各ノード
Pに印加される電圧をVclkとする。
(Vcc−VTD+Vclk)の電位が、ノードP2には最高
(Vcc−VTD+Vclk−VTM1+Vclk)の電位が、ノー
ドP3には最高(Vcc−VTD+Vclk−VTM1+Vclk−
VTM2+Vclk)の電位が与えられ、最終伝達トランジス
タMnのソース電位Voutは最高で、 Vcc−VTD+Vclk×n−(VTM1+VTM2+VTM3+…+
VTMn) の電位まで昇圧される。
インに加わるキャパシタQDを介したクロック信号によ
る電圧振幅の最大値Vclkは、 Vclk=(Cp/(Cp+Cj))×Vcc (但し、Cj:トランジスタ拡散層−半導体基板間容
量)である。
ドP1、P2、P3、…、Pnの電位は大きくなる。そ
のため、各伝達トランジスタMのソースと半導体基板間
に電位差が生じ、伝達トランジスタMのしきい値は、そ
のバックゲートバイアス特性により、高電圧側になるほ
ど大きくなる。そのため、最終伝達トランジスタMnの
しきい値VTMnは、 VTMn ≒ Vclk となる。
終出力側では各伝達トランジスタの電流供給能力が落
ち、昇圧効率が悪くなる、つまり昇圧スピードが悪くな
ることを意味する。図17においては、図16に示す昇
圧回路のクロック#1,#3とそのクロック駆動により
得られる出力電圧Vout波形である。
ここで、横軸に出力電圧Voutを、縦軸に昇圧回路から
取り出せる電流Ioutを示しており、段数とは昇圧セ
ルの段数を示し、昇圧用容量Cpの数を示している。図
からもわかるように、段数が増えるほど、昇圧回路の電
流供給能力と、昇圧電位に上限があることが分かる。
て説明する。
るためには、電流供給能力を大きくすることで達成でき
るが、そのために昇圧回路の並列数を数多くする必要が
ある。図21に、横軸に出力電圧Voutを、縦軸に昇圧
回路から取り出せる電流Ioutを示しており、1個の
チャージポンプ及びチャージポンプを2個並列接続の特
性を示している。そのため、レイアウト面積が大きくな
る。昇圧回路の電流供給能力が小さいほどその傾向は顕
著になる。
公報にあるように、一部の昇圧回路の出力と、別の出力
回路の入力/出力の間にスイッチを設け、信号電圧によ
り直列に接続された伝達トランジスタの数と、昇圧回路
の並列数を可変にするようにすると、このスイッチを制
御する回路が複数必要となり、さらにレイアウト面積が
大きくなる。
を向上し、昇圧効率を上げ、昇圧スピードを期待する値
にまで速くすることを課題とする。
決するために、入力とドレインとゲートとを接続しソー
スを出力とする伝達トランジスタと、該ソースに一端を
接続され他端にクロックを入力するキャパシタとからな
る昇圧セルを複数個縦続接続した昇圧回路において、前
記複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、半導体
基板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル上に形
成された第2ウエルとからなるトリプルウエルで構成さ
れ、前記半導体基板は基準電位に接続され、前記第1ウ
エル内の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の同
一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型の拡
散層と、前記キャパシタの一端と、前記伝達トランジス
タのゲートとを接続したことを特徴とする。
とを接続しソースを出力とする伝達トランジスタと、該
ソースに一端を接続され他端にクロックを入力するキャ
パシタとからなる昇圧セルを複数個縦続接続した昇圧回
路において、前記縦続接続の昇圧セルの1つ毎に前記ク
ロックと該クロックと180度位相(=2相クロック方
式)のずれたクロックとを供給し、前記複数個の昇圧セ
ルの前記伝達トランジスタは、半導体基板上に形成され
た第1ウエルと、該第1ウエル上に形成された第2ウエ
ルとからなるトリプルウエルで構成され、前記半導体基
板は基準電位に接続し、前記第1ウエル内の同一導電型
の拡散層と、前記第2ウエル内の同一導電型の拡散層
と、前記第2ウエル内の反導電型の拡散層と、前記第1
のキャパシタの一端とを接続したことを特徴とする(2
相クロック方式)。
ソースを出力とする伝達トランジスタと、前記入力とド
レインを接続しソースを前記伝達トランジスタのゲート
と第2のキャパシタの一端と接続しゲートを前記伝達ト
ランジスタのソースに接続したサブ伝達トランジスタ
と、前記伝達トランジスタのソースに一端を接続し他端
に第1のクロックを入力する第1のキャパシタと、他端
に第4のクロックを入力する前記第2のキャパシタとか
らなる昇圧セルを複数個縦続接続した昇圧回路におい
て、前記複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、
半導体基板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル
上に形成された第2ウエルとからなるトリプルウエルで
構成され、前記半導体基板は基準電位に接続し、前記第
1ウエル内の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内
の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型
の拡散層と、前記第1のキャパシタの一端とを接続した
ことを特徴とする(4相クロック方式)。
トとを接続しソースを出力とする伝達トランジスタと、
該ソースに一端を接続され他端にクロックを入力するキ
ャパシタとからなる昇圧セルを複数個縦続接続し、前記
複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、半導体基
板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル上に形成
された第2ウエルとからなるトリプルウエルで構成さ
れ、前記半導体基板は基準電位に接続され、前記第1ウ
エル内の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の同
一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型の拡
散層と、前記キャパシタの一端と、前記伝達トランジス
タのゲートとを接続したチャージポンプを少なくとも2
つ有する昇圧回路において、前記チャージポンプと他の
チャージポンプとの間に前記チャージポンプの出力にド
レインを接続し、前記他のチャージポンプの入力にソー
スを接続し、ゲートを前期チャージポンプに接続したト
ランジスタと、前記チャージポンプと前記他のチャージ
ポンプの各出力を接続したことを特徴とする。
ルを有するチャージポンプを3個有し、第1のチャージ
ポンプの出力をドレインに、第2のチャージポンプの入
力をソースに、第3のチャージポンプの出力をゲートに
接続したトランジスタと、前記第1のチャージポンプの
出力と前記第2のチャージポンプの出力とを接続したこ
とを特徴とする。
ンジスタのバックゲートに加わる電圧とそのトランジス
タのソースとの電位差は最高でもpnダイオードのしき
い値分(たとえば0.6V)しかないため、従来に比
べ、バックゲートバイアス特性の影響は小さくなる。
階では、直列に接続された伝達トランジスタの数が少な
く、昇圧回路の並列数が多くいため昇圧スピードが早く
なる。出力電圧が高くなる昇圧回路の後期段階では直列
に接続された伝達トランジスタの数が多くなるため、所
望の高電圧を得ることができる。
るため素子数が少なくなり、レイアウトの大幅増加とは
ならない。
を参照しつつ詳細に説明する。
にはトリプルウェル上にトランジスタを用いることであ
る。このトランジスタのサブを各トランジスタのドレイ
ン側(最終出力と反対側)に接続することである。図2
にトリプルウェル上トランジスタの断面構造図を示す。
P型半導体基板上にN型ウェル領域を設け、このN型ウ
ェル内にP型ウェルを設ける。このP型ウェル上にN型
MOSトランジスタを設け、このトランジスタのドレイ
ンと当該P型ウェル、及びN型ウェルを共通に接続する
ことで、上記サブをドレイン側に接続したN型トランジ
スタを形成することができる。これらN型ウェルは各伝
達トランジスタ毎に、例えばLOCOS等で分離されて
いる。
実施形態を示す。基本的な回路構成は従来例で示した図
8と同様である。
ンとゲートとを接続しソースを出力とする伝達トランジ
スタMD0〜MD3と、該ソースに一端を接続され他端
にクロックを入力するキャパシタC11〜C13と、ド
レインとゲートと電源とを接続しソースを伝達トランジ
スタMD0〜MD3のソースに接続したMOSトランジ
スタD1〜D3とからなり、該昇圧セルは複数個縦続接
続され、初段の昇圧セルの入力には電源Vccが供給さ
れている。
タMD0〜MD3は、図2に示すトリプルウエルの半導
体からなり、P型半導体基板100上に形成されたN型
第1ウエル110と、該N型第1ウエル110上に形成
されたP型第2ウエル120とから構成され、伝達トラ
ンジスタMD0〜MD3の半導体基板100は基準電位
に接続され、前段の昇圧セルの出力PDnと、第1ウエ
ル110内の同一導電型のN+拡散層111と、第2ウ
エル120内の同一導電型のP+拡散層121と、同第
2ウエル120内の反導電型のN+拡散層122と、キ
ャパシタC1の一端と、伝達トランジスタMD0〜MD
3のゲート124とを配線上直接接続しており、第2ウ
エル120のN+拡散層123は当該昇圧セルの出力P
Dn+1となる。
と反転クロック#3とがキャパシタC11〜13に供給
され、図3に示すように、出力電圧Voutは各昇圧セ
ル毎昇圧される。
1、MD2、MD3、…MDnのしきい値を、それぞれ
VTMD0、VTMD1、VTMD2、VTMD3、…、VTMDnとする。
伝達トランジスタMDの各ノードには、既にトランジス
タD1〜Dn+1(しきい値:VTD)により、そのしきい
値分電位が下がったVcc−VTDの電位が与えられてい
る。ノードPD1には最高(Vcc−VTD+Vclk)
の電位が、ノードPD2には最高(Vcc−VTD+Vc
lk−VTM1+Vclk)の電位が、ノードPD3には最
高(Vcc−VTD+Vclk−VTMD1+Vclk−VTM
D2+Vclk)の電位があたえられ、最終伝達トランジ
スタMnのソース電位(Vout)は最高で、 Vout=Vcc−VTD+Vclk×n−(VTMD1+V
TMD2+VTMD3+…+VTMDn) となる。
レインに加わるクロック信号による電圧振幅の最大値V
clkは、 Vclk=(Cp/(Cp+Cj))×Vcc (Cj:トランジスタ間拡散層容量)の電位まで昇圧さ
れる。
P1、P2、P3、…、Pnの電位は大きくなる。しか
し、各伝達トランジスタMnのサブに加わる電圧と、そ
のトランジスタMnのソースとの電位差は、最高でもp
nダイオードのしきい値VTMD分(たとえば0.6V)
しかないため、従来に比べ、バックゲートバイアス特性
の影響は小さくなり、最終伝達トランジスタMnのソー
ス電位(Vout)は最高で、 Vout=Vcc−VTD+Vclk×n−VTMD×n まで昇圧することができる。図3に示すように、各クロ
ック#1,#3により、その出力波形は、Voutに示
すように、複数のクロック後による各昇圧セルの段数に
応じて、確実に昇圧される。
スタMnの電流供給能力の低下は見られず、昇圧効率も
大きくなり、昇圧スピードは速くなる。
軸に出力電圧Voutを、縦軸に出力電流Ioutを示
し、昇圧セルの段数の増加に対して、直線的に出力電流
が増加し、電力的にリニアリティがあることを示してい
る。図からも分かるように、段数が増えても昇圧回路に
よる電流供給能力と昇圧電位の上限は見られない。
態について説明する。上記2相クロック方式に限らず、
例えば、図5のように、4相クロック方式昇圧回路にす
ると、図1の2相クロック方式の昇圧回路よりも、更に
電流供給能力が優れ、昇圧効率も大きくなり、昇圧スピ
ードは速くなる。
と同様であり、各伝達トランジスタMJn及び各伝達ト
ランジスタNJnはトリプルウエルの構成であり、各伝
達トランジスタMJn及び各伝達トランジスタNJnの
各ドレインは、全てそのサブに接続されている。
図6の構成断面図に示す。図6に示すように、各昇圧セ
ルはトリプルウエルの半導体からなり、各伝達トランジ
スタMJnは、P型半導体基板200上に形成されたN
型第1ウエル210と、該N型第1ウエル210上に形
成されたP型第2ウエル220とから構成され、各伝達
トランジスタNJnは、P型半導体基板200上に形成
されたN型第1ウエル310と、該N型第1ウエル31
0上に形成されたP型第2ウエル320とから構成され
ている。
準電位に接続され、第1ウエル210内の同一導電型の
N+拡散層211,311と、第2ウエル220,32
0内の同一導電型のP+拡散層221,321と、同第
2ウエル220,320内の反導電型のN+拡散層(ド
レイン)222,322と、キャパシタQD1,2の一
端とを配線上直接接続している。
N+拡散層(ソース)323と、伝達トランジスタMJ
0〜MJ3のゲート224と、キャパシタQD5,6の
一端とを配線上直接接続している。さらに、伝達トラン
ジスタNJ0〜NJ3のゲート324と、伝達トランジ
スタMJ0〜MJ3のN+拡散層(ソース)223とを
接続し、第2ウエル220の拡散層223は当該昇圧セ
ルの出力となる。
と反転クロック#3とがキャパシタQD1,2,3に供
給され、且つ非反転クロック#2と反転クロック#4と
がキャパシタQD5,6,7に供給され、図7に示すよ
うに、出力電圧Voutは各昇圧セル毎昇圧される。こ
のようにして、各クロック#1〜#4は、図7に示すタ
イミングで供給されており、効率よく出力電圧を得るこ
とができる。
にトリプルウエルを用いたことにより、図7のタイミン
グチャートに示すように、クロック入力端子#1〜#4
に印加されるクロックに対して、出力電圧Voutは、
図に示すように、クロックの数に応じて飽和現象を生じ
ず、正確に昇圧することができる。
ロック方式の昇圧回路であり、図1と同様トリプルウェ
ル上に伝達トランジスタを設け、各ドレインは全てその
サブに接続されている。
態について、先ず図8に示す本実施形態の概念的ブロッ
ク図を用いて説明する。図8において、トリプルウエル
に構成された伝達トランジスタから構成されるチャージ
ポンプの昇圧回路3と、同様にトリプルウエルに構成さ
れた伝達トランジスタから構成されるチャージポンプの
昇圧回路4と、昇圧回路3の後段にドレインを接続さ
れ、昇圧回路4の初段にソースを接続され、昇圧電圧の
出力端子にゲートを接続されたMOSトランジスタMN
1と、昇圧回路3と昇圧回路4の出力電圧Voutを取
り出す出力端子とから構成されている。
初期動作では両昇圧回路3,4のそれぞれの出力が別個
に昇圧して出力Voutを得る。次に、出力Voutが
MOSトランジスタMN1のしきい値に至ると、MOS
トランジスタMN1が動作を開始して徐々にチャージポ
ンプ4の出力電圧が上昇し、高昇圧電圧を得ることがで
き、MOSトランジスタMN1がオン状態となると、両
昇圧回路3,4は直列接続と同様の接続となり、所望の
高電圧まで出力電圧を得ることができる。
示し、詳細に説明する。図において、昇圧回路3とし
て、電源Vccから伝達トランジスタMJ0〜MJ3
と、サブ伝達トランジスタNJ0〜NJ3と、MOSト
ランジスタD1〜D4と、キャパシタC11〜C14,
C21〜C24とから構成され、伝達トランジスタMJ
4のソースが出力端子に接続されている。同様に、昇圧
回路4として、電源Vccから伝達トランジスタMK0
〜MK3と、サブ伝達トランジスタNK0〜NK3と、
MOSトランジスタD1〜D4と、キャパシタC16〜
C19,C26〜C29とから構成され、伝達トランジ
スタMK4のソースが出力端子P1に接続されている。
この場合、伝達トランジスタMK0〜MK3及びサブ伝
達トランジスタNK0〜NK3は、トリプルウェル上の
入力側のドレイン拡散層と、Pウェルと、Nウェルとを
共通に接続されたN型トランジスタを用いている。ま
た、クロック信号として、図7に示した4相クロックが
供給され、4相クロック方式昇圧回路として構成されて
いる。
ンジスタMJ4のドレインノードPJ4と昇圧回路4の
入力側にある伝達トランジスタMK0のドレインノード
PK0とをN型トランジスタMN1を介して接続してい
る。
用キャパシタC14に印加されるクロックのタイミング
#3と、ノードPK0をドレインとした伝達トランジス
タMK0のソースに接続されている昇圧用キャパシタC
16に印加されるクロックのタイミング#1は180度
位相がずれている。N型トランジスタMN1のゲートに
は、この昇圧回路3,4の出力電圧Voutを出力する
出力端子P1と接続されている。
実施形態の動作について説明する。まず、昇圧初期、接
続MOSトランジスタMN1は、Voutレベルの低さ
と、そのバックバイアス特性により、オフされた状態と
なっている。この時はチャージポンプ2×2並列(昇圧
セル4段×2並列)分の電荷が、最終出力電圧Vout
に供給される。
は、出力端子P1のVoutが昇圧されているために、
オンし始める。ところがそのゲート電圧の大きさが十分
でないために、トランジスタMN1の電荷伝達能力は低
い。つまり、チャージポンプ4は、×2並列状態から直
列に接続される(即ち、昇圧セル8段×1並列)移行期
間であり、昇圧回路の電流供給能力は、昇圧セル4段×
2並列と、昇圧セル8段×1並列の間の能力となる。
り、トランジスタMN1のゲート電圧は高くなり、その
電荷伝達能力は高くなる。よって、チャージポンプ4は
完全に直列に接続され、昇圧セル8段×1並列の動作と
なる。
れる電流供給能力Ioutを示している。昇圧前半にお
ける出力電圧(Vout:小→中)では、その電流供給
能力は従来の電流供給能力よりも優れ、昇圧後半におけ
る出力電圧(Vout:中→大)では、従来と同様の電
流供給能力となり、期待する電圧にまで出力電圧Vou
tを昇圧する。
ピードを速くし、昇圧後半では、Voutを期待する高
電圧まで昇圧することが自動的にできるようになる。
圧電圧Voutが直接印加されているため、スイッチに
よる制御は不要となり、レイアウトの大幅増加とはなら
ない。
の実施形態の概念的なブロック図を示す。図11におい
て、トリプルウエルに構成された伝達トランジスタから
構成されるチャージポンプの昇圧回路3と、同様にトリ
プルウエルに構成された伝達トランジスタから構成され
るチャージポンプの昇圧回路4と、同様にトリプルウエ
ルに構成された伝達トランジスタから構成されるチャー
ジポンプの昇圧回路5と、昇圧回路3の後段にドレイン
を接続され、昇圧回路4の初段にソースを接続され、チ
ャージポンプの昇圧回路5の出力端子P2にゲートを接
続されたMOSトランジスタMN1と、昇圧回路3と昇
圧回路4の出力電圧Voutを取り出す出力端子とから
構成されている。
初期動作では両昇圧回路3,4のそれぞれの出力が別個
に昇圧して、出力Vout2を得る。次に、昇圧回路5
の出力Vout1がMOSトランジスタMN1のしきい
値に至ると、MOSトランジスタMN1が動作を開始し
て、徐々にチャージポンプ4の出力電圧が上昇し、高昇
圧電圧を得ることができ、MOSトランジスタMN1が
オン状態となると、両昇圧回路3,4は直列接続と同様
の接続となり、その出力端子P1の出力Vout2に
は、所望の高電圧まで出力電圧を得ることができるとと
もに、昇圧回路5の出力Vout1を得ることができ
る。
る具体的な回路図を示している。但し、チャージポンプ
5はブロック図で示している。本実施形態では、図9の
場合と同様、トリプルウェル上の、入力側のドレイン拡
散層とPウェルとNウェルを共通に接続されたN型トラ
ンジスタを用いた4相クロック方式昇圧回路を用いてい
る。本発明の第1の実施形態と異なるのは、N型トラン
ジスタ(MN1)のゲートには、この昇圧回路3,4と
は別の昇圧回路5(チャージポンプ5の昇圧回路)から
出力高電圧(Vout1)が印加される。
態の基本的な動作は、上述した本発明の第3の実施形態
と同じであるので、重複する説明を省略する。本実施形
態の場合、本発明の第3の実施形態の効果に加え、別の
昇圧回路5から出力電圧をN型トランジスタMN1のゲ
ートに印加するため、チャージポンプ4が2並列(4段
×2並列)から、完全に直列に接続される(8段×1並
列)までの移行期間の制御ができる。また、Vout1
からはチャージポンプ5が他のチャージポンプ3,4と
同一構成の4段の昇圧セルから構成されていれば、他の
チャージポンプ3,4の一方が故障した場合に容易に代
替できる。またVout1とVout2とが、2種の昇
圧電圧を得ることができるので、半導体装置の制御に自
由度が増加する。
ジポンプ3,4,5の出力電圧Vout1とVout2
を共通接続させた場合、図13に示すように、そのレイ
アウト面積は、従来例と同じであるが、図14に示すよ
うに、チャージポンプ(4段×3並列)に示すように、
従来例よりも優れた電流供給能力を持った回路となって
おり、よって図15に示すように、昇圧電圧の立ち上が
り速度が増加し、昇圧スピードも速くなる。
ランジスタを使用しているので、バックゲートバイアス
特性の影響の小さい昇圧回路を得ることができる。
回路の並列数と、直列に接続された伝達トランジスタの
数を変えることができるので、多彩な半導体回路が要求
する電源電圧を種々供給できる。
供給能力を向上し、且つ昇圧スピードを向上することが
できる。
ある。
ある。
ある。
ある。
る。
ある。
ある。
タ MN1 結合MOSトランジスタ
Claims (9)
- 【請求項1】 入力とドレインとゲートとを接続しソー
スを出力とする伝達トランジスタと、該ソースに一端を
接続され他端にクロックを入力するキャパシタとからな
る昇圧セルを複数個縦続接続した昇圧回路において、 前記複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、半導
体基板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル上に
形成された第2ウエルとからなるトリプルウエルで構成
され、 前記半導体基板は基準電位に接続され、前記第1ウエル
内の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の同一導
電型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型の拡散層
と、前記キャパシタの一端と、前記伝達トランジスタの
ゲートとを接続したことを特徴とする昇圧回路。 - 【請求項2】 前記縦続接続の昇圧セルの1つ毎に前記
クロックと該クロックと180度位相(=2相クロック
方式)のずれたクロックとを供給することを特徴とする
請求項1に記載の昇圧回路。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の昇圧回路におい
て、前記半導体基板はP型半導体であり、前記第1ウエ
ルはN型であり、前記第2ウエルはP型であることを特
徴とする昇圧回路。 - 【請求項4】 入力とドレインを接続しソースを出力と
する伝達トランジスタと、前記入力とドレインを接続し
ソースを前記伝達トランジスタのゲートと第2のキャパ
シタの一端と接続しゲートを前記伝達トランジスタのソ
ースに接続したサブ伝達トランジスタと、前記伝達トラ
ンジスタのソースに一端を接続し他端に第1のクロック
を入力する第1のキャパシタと、他端に第4のクロック
を入力する前記第2のキャパシタとからなる昇圧セルを
複数個縦続接続した昇圧回路において、 前記複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、半導
体基板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル上に
形成された第2ウエルとからなるトリプルウエルで構成
され、 前記半導体基板は基準電位に接続し、前記第1ウエル内
の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の同一導電
型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型の拡散層
と、前記第1のキャパシタの一端とを接続したことを特
徴とする昇圧回路。 - 【請求項5】 前記縦続接続の昇圧セルは4相クロック
方式で駆動されることを特徴とする請求項4に記載の昇
圧回路。 - 【請求項6】 入力とドレインとゲートとを接続しソー
スを出力とする伝達トランジスタと、該ソースに一端を
接続され他端にクロックを入力するキャパシタとからな
る昇圧セルを複数個縦続接続し、 前記複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、半導
体基板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル上に
形成された第2ウエルとからなるトリプルウエルで構成
され、 前記半導体基板は基準電位に接続され、前記第1ウエル
内の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の同一導
電型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型の拡散層
と、前記キャパシタの一端と、前記伝達トランジスタの
ゲートとを接続したチャージポンプを少なくとも2つ有
する昇圧回路において、 前記チャージポンプと他のチャージポンプとの間に前記
チャージポンプの出力にドレインを接続し前記他のチャ
ージポンプの入力にソースを接続し、ゲートを前期チャ
ージポンプに接続したトランジスタと、前記チャージポ
ンプと前記他のチャージポンプの出力とが接続したこと
を特徴とする昇圧回路。 - 【請求項7】 入力とドレインを接続しソースを出力と
する伝達トランジスタと、該ソースに一端を接続され他
端にクロックを入力するキャパシタとからなる昇圧セル
を複数個縦続接続し、 前記複数個の昇圧セルの前記伝達トランジスタは、半導
体基板上に形成された第1ウエルと、該第1ウエル上に
形成された第2ウエルとからなるトリプルウエルで構成
され、 前記半導体基板は基準電位に接続され、前記第1ウエル
内の同一導電型の拡散層と、前記第2ウエル内の同一導
電型の拡散層と、前記第2ウエル内の反導電型の拡散層
と、前記キャパシタの一端と、前記伝達トランジスタの
ゲートとを接続したチャージポンプを少なくとも2つ有
する昇圧回路において、 前記チャージポンプと他のチャージポンプとの間に前記
チャージポンプの出力にドレインを接続し前記他のチャ
ージポンプの入力にソースを接続し、ゲートを前記チャ
ージポンプに接続したトランジスタと、前記チャージポ
ンプと前記他のチャージポンプの出力とを接続したこと
を特徴とする昇圧回路。 - 【請求項8】 電圧を昇圧する昇圧セル有する少なくと
もチャージポンプを3個有し、第1のチャージポンプの
出力をドレインに、第2のチャージポンプの入力をソー
スに、第3のチャージポンプの出力をゲートに接続した
トランジスタと、前記第1のチャージポンプの出力と前
記第2のチャージポンプの出力とを接続したことを特徴
とする昇圧回路。 - 【請求項9】 請求項7に記載の昇圧回路において、前
記第1のチャージポンプの出力と、前記第2のチャージ
ポンプの出力と、前記第3のチャージポンプの出力とを
接続したことを特徴とする昇圧回路。
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