JPH11353888A - チャ―ジポンプ式昇圧回路 - Google Patents
チャ―ジポンプ式昇圧回路Info
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- JPH11353888A JPH11353888A JP2423099A JP2423099A JPH11353888A JP H11353888 A JPH11353888 A JP H11353888A JP 2423099 A JP2423099 A JP 2423099A JP 2423099 A JP2423099 A JP 2423099A JP H11353888 A JPH11353888 A JP H11353888A
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Abstract
回路を提供する。 【解決手段】イコライザ2によりチャージポンプ列23
−1の各キャパシタCとチャージポンプ列23−1の各
キャパシタCとの間でキャパシタンスカップリングを行
い、一方のチャージポンプ列のキャパシタCの放電電流
を他方のチャージポンプ列のキャパシタCの充電電流に
流用する。その後、ドライバ22−1,22−2により
各チャージポンプ列23−1,23−2内の各キャパシ
タCがカップリングを受けるようにする。その結果、各
チャージポンプ列23−1,23−2におけるキャパシ
タCの充放電電流の総和を、各チャージポンプ式昇圧回
路21−1,21−2の片方しか設けられていない場合
に比べて、半分にすることが可能になり、チャージポン
プ列の段数nを増やした場合でも消費電力を低減するこ
とができる。
Description
圧回路に関するものである。
けるプログラムやデータの格納用メモリとして、EEP
ROM(Electrically Erasable and Programmable Rea
d OnlyMemory )の利用範囲がますます拡大している。
EEPROMでは、データの書き込み時および消去時に
十数Vの高電圧が必要であるため、チャージポンプ式昇
圧回路を用いて数Vの電源電圧を正の方向に昇圧するこ
とで必要な高電圧を得るようにしている。
の従来のチャージポンプ式昇圧回路を示す。チャージポ
ンプ式昇圧回路21は、ドライバ22,チャージポンプ
列23,制御回路24から構成されている。
バ25,26から構成されている。ドライバ25は、電
源VDD(電源電圧VDD)とグランド間に直列接続された
PMOSトランジスタDP1およびNMOSトランジスタ
DN1から構成されている。トランジスタDP1のゲートに
は制御信号a-1が入力され、トランジスタDN1のゲート
には制御信号a-2が入力される。また、ドライバ26
は、電源VDDとグランド間に直列接続されたPMOSト
ランジスタDP2およびNMOSトランジスタDN2から構
成されている。トランジスタDP2のゲートには制御信号
b-1が入力され、トランジスタDN2のゲートには制御信
号b-2が入力される。尚、各制御信号a-1,a-2,b-1,b-2は
制御回路24によって生成される。
は、直列に接続されたn個のスイッチング素子としての
NMOSトランジスタT1〜Tnと、n個のキャパシタ
C1〜Cnと、各NMOSトランジスタTD1〜TDnとか
ら構成されている。尚、チャージポンプ列23における
m段目(mは整数。m<n)は、NMOSトランジスタ
TmおよびキャパシタCmから構成され、NMOSトラ
ンジスタTmのソースがノードNmとなる。そして、ト
ランジスタTnのドレインからチャージポンプ式昇圧回
路21の出力電圧HVOUTが出力される。つまり、トラン
ジスタTnのドレインがチャージポンプ式昇圧回路21
の出力端子となる。
ンジスタにより構成されるMOSキャパシタによって具
体化される。そして、各キャパシタC1〜Cnの一方の
電極を構成するNMOSトランジスタのゲートはそれぞ
れ、ノードN1〜Nnに接続されている。また、各キャ
パシタC1〜Cnのうち、奇数番目のキャパシタC1,
C3…C2m+1の他方の電極を構成するNMOSトランジ
スタのソースおよびドレインはドライバ26の各トラン
ジスタDP2,DN2間のノードbに接続され、偶数番目の
キャパシタC2,C4…C2mの他方の電極を構成するN
MOSトランジスタのソースおよびドレインはドライバ
25の各トランジスタDP1,DN1間のノードaに接続さ
れている。
スタT1〜Tnのゲートに接続されている。また、各ノ
ードN1〜Nnはそれぞれ各トランジスタTD1〜TDnを
介して電源VDDに接続され、各トランジスタTD1〜TDn
のゲートも電源VDDに接続されている。つまり、各トラ
ンジスタT1〜Tn,TD1〜TDnはダイオード接続さ
れ、各トランジスタT1〜Tn,TD1〜TDnのソースは
ダイオードのアノードとして機能し、各トランジスタT
1〜Tn,TD1〜TDnのドレインはダイオードのカソー
ドとして機能する。
nおよび各キャパシタC1〜Cnを構成するNMOSト
ランジスタには高電圧が印加されるため、高耐圧構造に
なっている。次に、チャージポンプ式昇圧回路21の動
作について説明する。
a-1,a-2,b-1,b-2の1サイクル分のタイミングチャート
を示す。ドライバ22を構成する各ドライバ25,26
はトライステート型である。そして、制御信号a-1がハ
イレベル、制御信号a-2がローレベルとなって、各トラ
ンジスタDP1,DN1が共にオフし、ノードaがハイイン
ピーダンスとなる期間t1,t2が設けられている。ま
た、制御信号b-1がハイレベル、制御信号b-2がローレベ
ルとなって、各トランジスタDP2,DN2が共にオフし、
ノードbがハイインピーダンスとなる期間t3,t4が
設けられている。
タDP1,DP2がオフ、各トランジスタDN1,DN2がオン
しており、各ノードa,bは共にローレベルになってい
る。そして、制御信号a-2が立ち下がってトランジスタD
N1がオフし、続いて、制御信号a-1が立ち下がってトラ
ンジスタDP1がオンすると、ノードaが立ち上がる。す
ると、ノードaに接続されている偶数番目のキャパシタ
C2,C4…C2mは正のカップリングを受けて、偶数番
目のノードN2,N4…N2mの電位が上昇する。そのた
め、偶数番目のトランジスタT2,T4…T2mがオンし
て、偶数番目のノードN2,N4…N2mより1つ番号の
多い奇数番目のノードN3,N5…N2m+1に正電荷が移
動する。
ジスタDP1がオフし、続いて、制御信号a-2が立ち上が
ってトランジスタDN1がオンすると、ノードaが立ち下
がる。すると、ノードaに接続されている偶数番目のキ
ャパシタC2,C4…C2mは負のカップリングを受け
る。そのため、偶数番目のノードN2,N4…N2mの電
位は下降する。
ジスタDN2がオフし、続いて、制御信号b-1が立ち下が
ってトランジスタDP2がオンすると、ノードbが立ち上
がる。すると、ノードbに接続されている奇数番目のキ
ャパシタC1,C3…C2m+1は正のカップリングを受け
て、奇数番目のノードN1,N3…N2m+1の電位が上昇
する。そのため、奇数番目のトランジスタT1,T3…
T2m+1がオンして、奇数番目のノードN1,N3…N2m
+1より1つ番号の多い偶数番目のノードN2,N4…N
2m+2に正電荷が移動する。
ジスタDP2がオフし、続いて、制御信号b-2が立ち上が
ってトランジスタDN2がオンすると、ノードbが立ち下
がる。すると、ノードbに接続されている奇数番目のキ
ャパシタC1,C3…C2m+1は負のカップリングを受け
る。そのため、奇数番目のノードN1,N3…N2m+1の
電位は下降する。
う。ここで、各キャパシタC1〜Cnのカップリング比
をαとし、各トランジスタT1〜Tn,TD1のしきい値
電圧をVtとする。すると、以上の動作を1サイクルと
して繰り返し行うことにより、各ノードN2〜Nnの電
位はそれぞれ、そのノードよりも1つ番号の少ないノー
ドN1〜Nn-1の電位よりもαVDD−Vtだけ上昇す
る。つまり、チャージポンプ列23の各段当たりの電圧
ゲインはαVDD−Vtになる。
電圧VDDからトランジスタTD1のしきい値電圧Vtを差
し引いた電位(VDD−Vt)である。そのため、ノード
N2の電位は、ノードN1の元々の電位(VDD−Vt)
にαVDD−Vtを加えた電位である(α+1)VDD−2
Vtになる。同様にして、ノードN3の電位は、ノード
N2の電位((α+1)VDD−2Vt)にαVDD−Vt
を加えた電位である(α+2)VDD−3Vtになる。
り、電源VDDからトランジスタTnのドレイン(出力端
子)へ正の電荷がチャージポンプ列23の各段毎に順次
移動され、チャージポンプ列23の1段毎にαVDD−V
tだけ電位が上昇するため、n段のチャージポンプ列2
3における出力電圧HVOUTの到達しうる最大値HVOUT(ma
x)は式(1)に示すようになる。
ージポンプ列23の段数nを適宜設定することにより、
必要なプラス電位の出力電圧HVOUTを得ることができ
る。
度を速くすると同時に、α×VDDが小さい場合に昇圧効
率を向上させる機能を有する。つまり、各トランジスタ
TD2〜TDnのしきい値電圧をVTとすると、各トランジ
スタTD2〜TDnを設けることにより、初期状態におい
て、各ノードN2〜Nnの電位はVDD−VTとなる。そ
れに対して、各トランジスタTD2〜TDnを省いた場合に
は、初期状態において、各ノードN2〜Nnの電位がV
DD−VTよりも低くなることがある。従って、各トラン
ジスタTD2〜TDnを設ければ、昇圧動作の開始後に各ノ
ードN2〜Nnの電位をVDD−VTよりも確実に高くす
ることができる。すなわち、各トランジスタTD2〜TDn
は、各キャパシタC1〜Cnに対して正の電荷を供給し
ていることになる。
アレイの全体でデータの消去を行うか、あるいは、メモ
リセルアレイを任意のブロックに分けて各ブロック単位
でデータの消去を行うフラッシュEEPROMがある。
このフラッシュEEPROMはフラッシュメモリとも呼
ばれ、大容量化,低消費電力化,高速化が可能で耐衝撃
性に優れるという特徴を有することから、種々の携帯機
器で使用されている。フラッシュEEPROMには、デ
ータの書き込み時および消去時にマイナス電位を必要と
する形式のものがあるが、そのような形式では、チャー
ジポンプ式昇圧回路を用いてグランド電位(=0V)を
負の方向に昇圧することで必要なマイナス電位を得るよ
うにしている。
めの従来のチャージポンプ式昇圧回路を示す。図7に示
すチャージポンプ式昇圧回路において、図5に示したチ
ャージポンプ式昇圧回路21と同じ構成部材については
符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
1において、図5に示したチャージポンプ式昇圧回路2
1と異なるのは、以下の点だけである。 (a)各トランジスタT1〜Tn,TD1〜TDnが、NM
OSトランジスタではなくPMOSトランジスタによっ
て構成されている。このPMOSトランジスタには高電
圧が印加されるため、高耐圧構造になっている。
Sトランジスタにより構成されるMOSキャパシタでは
なく、PMOSトランジスタにより構成されるMOSキ
ャパシタによって具体化されている。 (c)各ノードN1〜Nnはそれぞれ各PMOSトラン
ジスタTD1〜TDnを介してグランドに接続され、各PM
OSトランジスタTD1〜TDnのゲートもグランドに接続
されている。
動作について説明する。図8に、各ノードa,bおよび
各制御信号a-1,a-2,b-1,b-2の1サイクル分のタイミン
グチャートを示す。まず、初期状態においては、各トラ
ンジスタDP1,DP2がオフ、各トランジスタDN1,DN2
がオンしており、各ノードa,bは共にハイレベルにな
っている。
ンジスタDP1がオフし、続いて、制御信号a-2が立ち上
がってトランジスタDN1がオンすると、ノードaが立ち
下がる。すると、ノードaに接続されている偶数番目の
キャパシタC2,C4…C2mは負のカップリングを受け
て、偶数番目のノードN2,N4…N2mの電位が下降す
る。そのため、偶数番目のトランジスタT2,T4…T
2mがオンして、偶数番目のノードN2,N4…N2mより
1つ番号の多い奇数番目のノードN3,N5…N2m+1に
負電荷が移動する。
ジスタDN1がオフし、続いて、制御信号a-1が立ち下が
ってトランジスタDP1がオンすると、ノードaが立ち上
がる。すると、ノードaに接続されている偶数番目のキ
ャパシタC2,C4…C2mは正のカップリングを受け
る。そのため、偶数番目のノードN2,N4…N2mの電
位は上昇する。
ジスタDP2がオフし、続いて、制御信号b-2が立ち上が
ってトランジスタDN2がオンすると、ノードbが立ち下
がる。すると、ノードbに接続されている奇数番目のキ
ャパシタC1,C3…C2m+1は負のカップリングを受け
て、奇数番目のノードN1,N3…N2m+1の電位が下降
する。そのため、奇数番目のトランジスタT1,T3…
T2m+1がオンして、奇数番目のノードN1,N3…N2m
+1より1つ番号の多い偶数番目のノードN2,N4…N
2m+2に負電荷が移動する。
ジスタDN2がオフし、続いて、制御信号b-1が立ち下が
ってトランジスタDP2がオンすると、ノードbが立ち上
がる。すると、ノードbに接続されている奇数番目のキ
ャパシタC1,C3…C2m+1は正のカップリングを受け
る。そのため、奇数番目のノードN1,N3…N2m+1の
電位は上昇する。
うことにより、各ノードN2〜Nnの電位はそれぞれ、
そのノードよりも1つ番号の少ないノードN1〜Nn-1
の電位よりも−αVDD+Vtだけ変動する。つまり、チ
ャージポンプ列23の各段当たりの電圧ゲインは−αV
DD+Vtになる。
ド電位にトランジスタTD1のしきい値電圧Vtを加えた
電位(=0V+Vt)である。そのため、ノードN2の
電位は、ノードN1の元々の電位(0V+Vt)から−
αVDD+Vtだけ変動した電位である−αVDD+2Vt
になる。同様にして、ノードN3の電位は、ノードN2
の電位(−αVDD+2Vt)から−αVDD+Vtだけ変
動した電位である−2αVDD+3Vtになる。
り、電源VDDからトランジスタTnのドレイン(出力端
子)へ負の電荷がチャージポンプ列23の各段毎に順次
移動され、チャージポンプ列23の1段毎に−αVDD+
Vtだけ電位が下降するため、n段のチャージポンプ列
23における出力電圧HVOUTの到達しうる最大値HVOUT(m
ax)は式(2)に示すようになる。
ャージポンプ列23の段数nを適宜設定することによ
り、必要なマイナス電位の出力電圧HVOUTを得ることが
できる。
度を速くすると同時に、α×VDDが小さい場合に昇圧効
率を向上させる機能を有する。つまり、各トランジスタ
TD2〜TDnのしきい値電圧をVTとすると、各トランジ
スタTD2〜TDnを設けることにより、初期状態におい
て、各ノードN2〜Nnの電位はVTとなる。それに対
して、各トランジスタTD2〜TDnを省いた場合には、初
期状態において、各ノードN2〜Nnの電位がVTより
も高くなることがある。従って、各トランジスタTD2〜
TDnを設ければ、昇圧動作の開始後に各ノードN2〜N
nの電位をVTよりも確実に低くすることができる。す
なわち、各トランジスタTD2〜TDnは、各キャパシタC
1〜Cnに対して負の電荷を供給していることになる。
従来一般的であった5Vから3.3Vへと低電圧化が要
求されている。それに伴って、プラス電位の昇圧電圧を
得るためのチャージポンプ式昇圧回路21では、低い電
源電圧VDDから必要な出力電圧HVOUTを得るために、チ
ャージポンプ列23の段数nが増える傾向にある。
のチャージポンプ式昇圧回路201において、低いマイ
ナス電位を得るには、チャージポンプ列23の段数nを
増やさなければならない。各チャージポンプ式昇圧回路
21,201において、チャージポンプ列23の段数n
が増えると、各キャパシタC1〜Cnの充放電電流が増
えることから、チャージポンプ式昇圧回路21の消費電
力が増大するという問題がある。
れたものであって、その目的は、低消費電力化が可能な
昇圧回路を提供することにある。
は、キャパシタと当該キャパシタの電荷を次段に転送す
るスイッチング素子とが複数段直列に接続されたチャー
ジポンプ列であって、そのチャージポンプ列は第1キャ
パシタ群と第2キャパシタ群とを含むことと、前記第1
キャパシタ群の各キャパシタにカップリングを受けさせ
る第1ドライバと、前記第2キャパシタ群の各キャパシ
タにカップリングを受けさせる第2ドライバと、前記第
1キャパシタ群と前記第2キャパシタ群との間でキャパ
シタンスカップリングを行わせるイコライザと、前記ド
ライバおよび前記イコライザの動作を制御する制御手段
とを備えたチャージポンプ式昇圧回路であって、前記制
御手段は、前記第1キャパシタ群が第1電位となってお
り、且つ、前記第2キャパシタ群が前記第1電位よりも
低い第2電位となっているとき、前記イコライザにより
キャパシタンスカップリングを行わせ、それにより生じ
る前記第1キャパシタ群の放電電流により前記第2キャ
パシタ群を充電した後に、前記第1ドライバにより前記
カップリングを受けさせると共に、前記第2ドライバに
より前記カップリングを受けさせることをその要旨とす
る。
群の放電電流を無駄に捨てることなく第2のキャパシタ
群の充電電流に流用するため、各キャパシタの充放電電
流を低減することが可能になり、低消費電力化を図るこ
とができる。請求項2に記載の発明は、キャパシタと当
該キャパシタの電荷を次段に転送するスイッチング素子
とが複数段直列に接続された第1チャージポンプ列と、
キャパシタと当該キャパシタの電荷を次段に転送するス
イッチング素子とが複数段直列に接続された第2チャー
ジポンプ列と、前記第1チャージポンプ列の各キャパシ
タにカップリングを受けさせる第1ドライバと、前記第
2チャージポンプ列の各キャパシタにカップリングを受
けさせる第2ドライバと、前記第1チャージポンプ列の
各キャパシタと前記第2チャージポンプ列の各キャパシ
タとの間でキャパシタンスカップリングを行わせるイコ
ライザと、前記ドライバおよび前記イコライザの動作を
制御する制御手段とを備えたチャージポンプ式昇圧回路
であって、前記制御手段は、前記第1チャージポンプ列
の各キャパシタが第1電位となっており、且つ、前記第
2チャージポンプ列の各キャパシタが前記第1電位より
も低い第2電位となっているとき、前記イコライザによ
りキャパシタンスカップリングを行わせ、それにより生
じる前記第1チャージポンプ列の各キャパシタの放電電
流により前記第2チャージポンプ列の各キャパシタを充
電した後に、前記第1ドライバにより前記カップリング
を受けさせると共に、前記第2ドライバにより前記カッ
プリングを受けさせることをその要旨とする。
ンプ列の各キャパシタの放電電流を無駄に捨てることな
く第2チャージポンプ列の各キャパシタの充電電流に流
用するため、各キャパシタの充放電電流を低減すること
が可能になり、低消費電力化を図ることができる。
に、請求項1または請求項2に記載のチャージポンプ式
昇圧回路において、前記チャージポンプ列は電源に接続
され、前記ドライバは前記カップリングを受けさせるこ
とにより、前記スイッチング素子を介して前記チャージ
ポンプ列の前記電源とは反対側の出力端子へ正の電荷を
移動させ、前記チャージポンプ列の出力端子の電位を前
記電源の電位よりも上昇させるようにしてもよい。
求項1または請求項2に記載のチャージポンプ式昇圧回
路において、前記チャージポンプ列は電源に接続され、
前記ドライバは前記カップリングを受けさせることによ
り、前記スイッチング素子を介して前記チャージポンプ
列の前記電源とは反対側の出力端子へ負の電荷を移動さ
せ、前記チャージポンプ列の出力端子の電位をグランド
電位よりも下降させるようにしてもよい。
のチャージポンプ式昇圧回路において、前記チャージポ
ンプ列の各キャパシタに対して正の電荷を供給する電荷
供給手段を備えたことをその要旨とする。従って、本発
明によれば、昇圧動作の初期状態において各キャパシタ
に対し正の電荷を供給することが可能になるため、昇圧
速度を速くすると同時に、各キャパシタのカップリング
比や電源電圧が低い場合でも昇圧効率を向上させること
ができる。
のチャージポンプ式昇圧回路において、前記チャージポ
ンプ列の各キャパシタに対して負の電荷を供給する電荷
供給手段を備えたことをその要旨とする。従って、本発
明によれば、昇圧動作の初期状態において各キャパシタ
に対し負の電荷を供給することが可能になるため、昇圧
速度を速くすると同時に、各キャパシタのカップリング
比や電源電圧が低い場合でも昇圧効率を向上させること
ができる。
いずれか1項に記載のチャージポンプ式昇圧回路におい
て、前記第1ドライバによる前記カップリングを受けさ
せる動作と、前記第2ドライバによる前記カップリング
を受けさせる動作とを、同時には行わないことをその要
旨とする。
群(第1チャージポンプ列)と第2キャパシタ群(第2
チャージポンプ列)のそれぞれの充放電電流および出力
電流)のピーク値がずれるため、チャージポンプ式昇圧
回路の出力電圧を安定化することができる。
て、特許請求の範囲または課題を解決するための手段に
記載の「第1キャパシタ群」はチャージポンプ列23−
1の各キャパシタC1〜Cnに相当し、同じく「第2キ
ャパシタ群」はチャージポンプ列23−2の各キャパシ
タC1〜Cnに相当し、同じく「スイッチング素子」は
ダイオード接続された各トランジスタT1〜Tnに相当
し、同じく「電荷供給手段」はダイオード接続された各
トランジスタTD2〜TDnに相当し、同じく「制御手段」
は制御回路2に相当する。
具体化した第1実施形態を図面と共に説明する。尚、本
第1実施形態において、図5に示した従来の形態と同じ
構成部材については符号を等しくしてその詳細な説明を
省略する。
式昇圧回路を示す。プラス電位の昇圧電圧を得るための
チャージポンプ式昇圧回路1は、従来のチャージポンプ
式昇圧回路21から制御回路24を除く同一構成の2組
のチャージポンプ式昇圧回路,イコライザ2,制御回路
3から構成されている。
区別するため、それぞれの回路の符号に「−1」「−
2」を付与して表記する。つまり、チャージポンプ式昇
圧回路21−1は第1ドライバ22−1および第1チャ
ージポンプ列23−1から構成され、チャージポンプ式
昇圧回路21−2は第2ドライバ22−2および第2チ
ャージポンプ列23−2から構成されている。
れぞれのノードa,bを区別するため、ドライバ22−
2についてはノード「A」「B」と表記する。そして、
各ドライバ22−1,22−2のそれぞれの制御信号a-
1,a-2,b-1,b-2を区別するため、ドライバ22−2につ
いては制御信号「A-1」「A-2」「B-1」「B-2」と表記す
る。
するNMOSトランジスタI1と、各ノードa,B間を
接続するNMOSトランジスタI2と、各ノードb,A
間を接続するNMOSトランジスタI3と、各ノード
b,B間を接続するNMOSトランジスタI4とから構
成されている。各トランジスタI1〜I4のゲートには
それぞれ各制御信号S1〜S4が入力される。
2,A-1,A-2,B-1,B-2,S1〜S4を生成する。チャージ
ポンプ列23−1のトランジスタTnのドレインと、チ
ャージポンプ列23−2のトランジスタTnのドレイン
とは接続され、それらのドレインからチャージポンプ式
昇圧回路1の出力電圧HVOUTが出力される。つまり、各
チャージポンプ列23−1,23−2の各トランジスタ
Tnのドレインが、チャージポンプ式昇圧回路1の出力
端子となる。尚、電源電圧VDDを正の方向に昇圧する原
理はチャージポンプ式昇圧回路21と同じであるため、
説明を省略する。
について説明する。図2に、各ノードa,bおよび各制
御信号a-1,a-2,b-1,b-2の1サイクル分および、それに
対応する各ノードA,Bおよび各制御信号A-1,A-2,B-1,
B-2,S1〜S4のタイミングチャートを示す。
b-1,b-2に対して、各ノードA,Bおよび各制御信号A-
1,A-2,B-1,B-2のタイミングは90゜進んでいる。その
ため、制御信号a-2が立ち下がるときに制御信号A-1が立
ち上がり、制御信号a-1が立ち下がるときに制御信号A-2
が立ち上がり、制御信号a-1が立ち上がるときに制御信
号B-2が立ち下がり、制御信号a-2が立ち上がるときに制
御信号B-1が立ち下がり、制御信号b-2が立ち下がるとき
に制御信号B-1が立ち上がり、制御信号b-1が立ち下がる
ときに制御信号B-2が立ち上がり、制御信号b-1が立ち上
がるときに制御信号A-2が立ち下がり、制御信号b-2が立
ち上がるときに制御信号A-1が立ち下がる。
構成する各ドライバ25,26はトライステート型であ
る。そして、制御信号a-1がハイレベル、制御信号a-2が
ローレベルとなって、ドライバ22−1の各トランジス
タDP1,DN1が共にオフし、ノードaがハイインピーダ
ンスとなる期間t1,t2が設けられている。また、制
御信号b-1がハイレベル、制御信号b-2がローレベルとな
って、ドライバ22−1の各トランジスタDP2,DN2が
共にオフし、ノードbがハイインピーダンスとなる期間
t3,t4が設けられている。
信号A-2がローレベルとなって、ドライバ22−2の各
トランジスタDP1,DN1が共にオフし、ノードAがハイ
インピーダンスとなる期間t5,t6が設けられてい
る。また、制御信号B-1がハイレベル、制御信号B-2がロ
ーレベルとなって、ドライバ22−2の各トランジスタ
DP2,DN2が共にオフし、ノードBがハイインピーダン
スとなる期間t7,t8が設けられている。
して各制御信号A-1,A-2,B-1,B-2のタイミングは90゜
進んでいるため、期間t1とt6、期間t2とt7、期
間t3とt8、期間t4とt5はそれぞれ合致してい
る。そして、制御信号a-2が立ち下がってから制御信号a
-1が立ち下がるまでの期間t1(制御信号A-1が立ち上
がってから制御信号A-2が立ち上がるまでの期間t
6)、制御信号S1はハイレベルになりトランジスタI
1がオンするため、各ノードa,Aが接続される。
ージポンプ列23−1の偶数番目のキャパシタC2,C
4…C2mと、ノードAに接続されているチャージポンプ
列23−2の偶数番目のキャパシタC2,C4…C2mと
が、オンしたトランジスタI1を介して接続される。そ
の結果、ノードAに接続されているキャパシタに蓄積さ
れている電荷が、オンしたトランジスタI1を介して、
ノードaに接続されているキャパシタに移動して蓄積さ
れる。尚、この期間t1,t6が過ぎて、ノードaがハ
イレベルになると(ノードAがローレベルになると)、
ノードaに接続されているキャパシタは正のカップリン
グを受け、ノードAに接続されているキャパシタは負の
カップリングを受ける。
御信号a-2が立ち上がるまでの期間t2(制御信号B-2が
立ち下がってから制御信号B-1が立ち下がるまでの期間
t7)、制御信号S2はハイレベルになりトランジスタ
I2がオンするため、各ノードa,Bが接続される。
ージポンプ列23−1の偶数番目のキャパシタC2,C
4…C2mと、ノードBに接続されているチャージポンプ
列23−2の奇数番目のキャパシタC1,C3…C2m+1
とが、オンしたトランジスタI2を介して接続される。
その結果、ノードaに接続されているキャパシタに蓄積
されている電荷が、オンしたトランジスタI2を介し
て、ノードBに接続されているキャパシタに移動して蓄
積される。尚、この期間t2,t7が過ぎて、ノードB
がハイレベルになると(ノードaがローレベルになる
と)、ノードBに接続されているキャパシタは正のカッ
プリングを受け、ノードaに接続されているキャパシタ
は負のカップリングを受ける。
制御信号b-1が立ち下がるまでの期間t3(制御信号B-1
が立ち上がってから制御信号B-2が立ち上がるまでの期
間t8)、制御信号S4はハイレベルになりトランジス
タI4がオンするため、各ノードb,Bが接続される。
ージポンプ列23−1の奇数番目のキャパシタC1,C
3…C2m+1と、ノードBに接続されているチャージポン
プ列23−2の奇数番目のキャパシタC1,C3…C2m
+1とが、オンしたトランジスタI4を介して接続され
る。その結果、ノードBに接続されているキャパシタに
蓄積されている電荷が、オンしたトランジスタI4を介
して、ノードbに接続されているキャパシタに移動して
蓄積される。尚、この期間t3,t8が過ぎて、ノード
bがハイレベルになると(ノードBがローレベルになる
と)、ノードbに接続されているキャパシタは正のカッ
プリングを受け、ノードBに接続されているキャパシタ
は負のカップリングを受ける。
御信号b-2が立ち上がるまでの期間t4(制御信号A-2が
立ち下がってから制御信号A-1が立ち下がるまでの期間
t5)、制御信号S3はハイレベルになりトランジスタ
I3がオンするため、各ノードb,Aが接続される。
ージポンプ列23−1の奇数番目のキャパシタC1,C
3…C2m+1と、ノードAに接続されているチャージポン
プ列23−2の偶数番目のキャパシタC2,C4…C2m
とが、オンしたトランジスタI3を介して接続される。
その結果、ノードbに接続されているキャパシタに蓄積
されている電荷が、オンしたトランジスタI3を介し
て、ノードAに接続されているキャパシタに移動して蓄
積される。尚、この期間t4,t5が過ぎて、ノードA
がハイレベルになると(ノードbがローレベルになる
と)、ノードAに接続されているキャパシタは正のカッ
プリングを受け、ノードbに接続されているキャパシタ
は負のカップリングを受ける。
トでは、まず、ノードAに接続されているキャパシタの
放電電流によってノードaに接続されているキャパシタ
を充電し、次に、ノードaに接続されているキャパシタ
の放電電流によってノードBに接続されているキャパシ
タを充電し、続いて、ノードBに接続されているキャパ
シタの放電電流によってノードbに接続されているキャ
パシタを充電し、次に、ノードbに接続されているキャ
パシタの放電電流によってノードAに接続されているキ
ャパシタを充電する。そして、この動作を繰り返し行
う。以上詳述したように、本第1実施形態においては、
ドライバ22−1,22−2によってノードa,b,
A,Bを駆動してハイレベルにすることにより、そのハ
イレベルになったノードに接続された各キャパシタが正
のカップリングを受ける。また、ドライバ22−1,2
2−2によってノードa,b,A,Bを駆動してローレ
ベルにすることにより、そのローレベルになったノード
に接続された各キャパシタが負のカップリングを受け
る。そして、ドライバ22−1,22−2がノードa,
b,A,Bをハイレベルまたはローレベルに駆動する前
に、ノードa,b,A,Bがハイインピーダンスとなっ
ている期間t1〜t8にイコライザ2のトランジスタI
1〜I4をオンすることにより、そのオンしたトランジ
スタI1〜I4を介して、チャージポンプ列23−1の
各キャパシタとチャージポンプ列23−2の各キャパシ
タとの間でキャパシタンスカップリングによるイコライ
ズが行われる。その結果、次に負のカップリングを受け
る各キャパシタの放電電流により、次に正のカップリン
グを受ける各キャパシタが充電される。
2によりチャージポンプ列23−1の各キャパシタとチ
ャージポンプ列23−2の各キャパシタとの間でキャパ
シタンスカップリングを行った後に、ドライバ22−
1,22−2により各チャージポンプ列23−1,23
−2内の各キャパシタがカップリングを受けるようにし
ている。
圧回路21では、ドライバ22によりチャージポンプ列
23内の各キャパシタだけがカップリングを受けるよう
にしている。そして、偶数番目のキャパシタC2,C4
…C2mの放電電流はノードaからトランジスタDN1を介
してグランドに流れ、奇数番目のキャパシタC1,C3
…C2m+1の放電電流はノードbからトランジスタDN2を
介してグランドに流れる。つまり、従来のチャージポン
プ式昇圧回路21では、各キャパシタC1〜Cnの放電
電流をグランドに無駄に捨てていることになる。
ージポンプ列23−1,23−2およびイコライザを設
けることにより、一方のチャージポンプ列のキャパシタ
の放電電流を他方のチャージポンプ列のキャパシタの充
電電流に流用することで、従来のチャージポンプ式昇圧
回路21で無駄に捨てていたキャパシタの放電電流を有
効に活用しているわけである。
式昇圧回路1によれば、各チャージポンプ列23−1,
23−2に接続されているキャパシタの充放電電流の総
和を、従来のチャージポンプ式昇圧回路21の半分にす
ることができる。そのため、本第1実施形態によれば、
電源電圧VDDの低電圧化に伴って、各チャージポンプ列
23−1,23−2の段数nを増やした場合でも、各キ
ャパシタC1〜Cnの充放電電流の増加を抑えることが
可能になることから、消費電力を低減することができ
る。
とノードAの位相を90゜ずらし、且つ、ノードbとノ
ードBの位相を90゜ずらしている。従って、各チャー
ジポンプ列23−1,23−2のそれぞれの充放電電流
および出力電流(各チャージポンプ列23−1,23−
2の出力端子(トランジスタTnのドレイン)から流れ
る電流)のピーク値がずれるため、出力電圧HVOUTを安
定化することができる。
た第2実施形態を図面と共に説明する。尚、本第2実施
形態において、図7に示した従来の形態および図1に示
した第1実施形態と同じ構成部材については符号を等し
くしてその詳細な説明を省略する。
式昇圧回路を示す。マイナス電位の昇圧電圧を得るため
のチャージポンプ式昇圧回路101は、従来のチャージ
ポンプ式昇圧回路201から制御回路24を除く同一構
成の2組のチャージポンプ式昇圧回路,イコライザ2,
制御回路3から構成されている。尚、グランド電位を負
の方向に昇圧する原理はチャージポンプ式昇圧回路20
1と同じであるため、説明を省略する。
動作について説明する。図4に、各ノードa,bおよび
各制御信号a-1,a-2,b-1,b-2の1サイクル分および、そ
れに対応する各ノードA,Bおよび各制御信号A-1,A-2,
B-1,B-2,S1〜S4のタイミングチャートを示す。
b-1,b-2に対して、各ノードA,Bおよび各制御信号A-
1,A-2,B-1,B-2のタイミングは90゜進んでいる。その
ため、制御信号a-1が立ち上がるときに制御信号A-2が立
ち下がり、制御信号a-2が立ち上がるときに制御信号A-1
が立ち下がり、制御信号a-2が立ち下がるときに制御信
号B-1が立ち上がり、制御信号a-1が立ち下がるときに制
御信号B-2が立ち上がり、制御信号b-1が立ち上がるとき
に制御信号B-2が立ち下がり、制御信号b-2が立ち上がる
ときに制御信号B-1が立ち下がり、制御信号b-2が立ち下
がるときに制御信号A-1が立ち上がり、制御信号b-1が立
ち下がるときに制御信号A-2が立ち上がる。
1〜S4の関係については、第1実施形態と同じであ
る。従って、本第2実施形態のチャージポンプ式昇圧回
路101によれば、第1実施形態のチャージポンプ式昇
圧回路1と同様の作用により、各チャージポンプ列23
−1,23−2に接続されているキャパシタの充放電電
流の総和を、従来のチャージポンプ式昇圧回路201の
半分にすることができる。そのため、本第2実施形態に
よれば、各チャージポンプ列23−1,23−2の段数
nを増やした場合でも、各キャパシタC1〜Cnの充放
電電流の増加を抑えることが可能になることから、消費
電力を低減することができる。
明を分かりやすくするために、「正のカップリング」
「負のカップリング」という表現を用いたが、上記実施
形態における動作の記述からも明らかなように、これは
必ずしもプラス電位またはマイナス電位を意味するもの
ではなく、相対的に電位の高い方を「正」、電位の低い
方を「負」と表現しているに過ぎない。
ものではなく、以下のように変更してもよく、その場合
でも、上記各実施形態と同様の作用および効果を得るこ
とができる。 (1)上記各実施形態では2組のチャージポンプ式昇圧
回路21−1,21−2を設けるようにしたが、同一構
成のチャージポンプ式昇圧回路を3つ以上設けるように
してもよい。
キャパシタに限らず、半導体基板上に形成された2層の
高濃度不純物領域層の間に誘電体層となる低濃度不純物
領域層が配置された構造のキャパシタや、2枚の電極の
間に誘電体層が配置された構造のキャパシタなど、どの
ような構造としてもよい。
速度を速くすると同時に、α×VDDが小さい場合に昇圧
効率を向上させる機能を有する。そのため、初期の昇圧
速度が十分に速く、α×VDDが十分に大きい場合には、
各トランジスタTD2〜TDnを省いてもよい。また、各ト
ランジスタTD2〜TDmを残し、その他のトランジスタTD
m+1〜TDnを省く場合、残すトランジスタTD2〜TDmの
数を変更することにより、昇圧動作の初期の昇圧速度と
昇圧効率とを調整することができる。
T1〜Tn,TD1〜TDnをダイオード接続するようにし
たが、各トランジスタT1〜Tn,TD1〜TDnはPN接
合構造のダイオードに置き換えてもよい。 (5)各トランジスタI1〜I4は、NMOSトランジ
スタに限らず、PMOSトランジスタやバイポーラトラ
ンジスタなど、どのようなスイッチング素子によって構
成してもよい。
ードAの位相を90゜ずらし、且つ、ノードbとノード
Bの位相を90゜ずらしているが、この位相のずれは9
0゜に限らず適宜な角度に設定してもよい。
グチャート。
グチャート。
ージポンプ式昇圧回路の回路図。
説明するためのタイミングチャート。
ャージポンプ式昇圧回路の回路図。
説明するためのタイミングチャート。
ージポンプ式昇圧回路 2…イコライザ 3…制御回路 22,25,26…ドライバ 22−1…第1ドライバ 22−2…第2ドライバ 23…チャージポンプ列 23−1…第1チャージポンプ列 23−2…第2チャージポンプ列 C1〜Cn…キャパシタ T1〜Tn,TD1〜TDn…MOSトランジスタ I1〜I4…NMOSトランジスタ VDD…電源
Claims (7)
- 【請求項1】 キャパシタと当該キャパシタの電荷を次
段に転送するスイッチング素子とが複数段直列に接続さ
れたチャージポンプ列であって、そのチャージポンプ列
は第1キャパシタ群と第2キャパシタ群とを含むこと
と、 前記第1キャパシタ群の各キャパシタにカップリングを
受けさせる第1ドライバと、 前記第2キャパシタ群の各キャパシタにカップリングを
受けさせる第2ドライバと、 前記第1キャパシタ群と前記第2キャパシタ群との間で
キャパシタンスカップリングを行わせるイコライザと、 前記ドライバおよび前記イコライザの動作を制御する制
御手段とを備えたチャージポンプ式昇圧回路であって、 前記制御手段は、前記第1キャパシタ群が第1電位とな
っており、且つ、前記第2キャパシタ群が前記第1電位
よりも低い第2電位となっているとき、前記イコライザ
によりキャパシタンスカップリングを行わせ、それによ
り生じる前記第1キャパシタ群の放電電流により前記第
2キャパシタ群を充電した後に、前記第1ドライバによ
り前記カップリングを受けさせると共に、前記第2ドラ
イバにより前記カップリングを受けさせることを特徴と
するチャージポンプ式昇圧回路。 - 【請求項2】 キャパシタと当該キャパシタの電荷を次
段に転送するスイッチング素子とが複数段直列に接続さ
れた第1チャージポンプ列と、 キャパシタと当該キャパシタの電荷を次段に転送するス
イッチング素子とが複数段直列に接続された第2チャー
ジポンプ列と、 前記第1チャージポンプ列の各キャパシタにカップリン
グを受けさせる第1ドライバと、 前記第2チャージポンプ列の各キャパシタにカップリン
グを受けさせる第2ドライバと、 前記第1チャージポンプ列の各キャパシタと前記第2チ
ャージポンプ列の各キャパシタとの間でキャパシタンス
カップリングを行わせるイコライザと、 前記ドライバおよび前記イコライザの動作を制御する制
御手段とを備えたチャージポンプ式昇圧回路であって、 前記制御手段は、前記第1チャージポンプ列の各キャパ
シタが第1電位となっており、且つ、前記第2チャージ
ポンプ列の各キャパシタが前記第1電位よりも低い第2
電位となっているとき、前記イコライザによりキャパシ
タンスカップリングを行わせ、それにより生じる前記第
1チャージポンプ列の各キャパシタの放電電流により前
記第2チャージポンプ列の各キャパシタを充電した後
に、前記第1ドライバにより前記カップリングを受けさ
せると共に、前記第2ドライバにより前記カップリング
を受けさせることを特徴とするチャージポンプ式昇圧回
路。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のチャー
ジポンプ式昇圧回路において、 前記チャージポンプ列は電源に接続され、 前記ドライバは前記カップリングを受けさせることによ
り、前記スイッチング素子を介して前記チャージポンプ
列の前記電源とは反対側の出力端子へ正の電荷を移動さ
せ、前記チャージポンプ列の出力端子の電位を前記電源
の電位よりも上昇させることを特徴とするチャージポン
プ式昇圧回路。 - 【請求項4】 請求項1または請求項2に記載のチャー
ジポンプ式昇圧回路において、 前記チャージポンプ列は電源に接続され、 前記ドライバは前記カップリングを受けさせることによ
り、前記スイッチング素子を介して前記チャージポンプ
列の前記電源とは反対側の出力端子へ負の電荷を移動さ
せ、前記チャージポンプ列の出力端子の電位をグランド
電位よりも下降させることを特徴とするチャージポンプ
式昇圧回路。 - 【請求項5】 請求項3に記載のチャージポンプ式昇圧
回路において、 前記チャージポンプ列の各キャパシタに対して正の電荷
を供給する電荷供給手段を備えたことを特徴とするチャ
ージポンプ式昇圧回路。 - 【請求項6】 請求項4に記載のチャージポンプ式昇圧
回路において、 前記チャージポンプ列の各キャパシタに対して負の電荷
を供給する電荷供給手段を備えたことを特徴とするチャ
ージポンプ式昇圧回路。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載のチ
ャージポンプ式昇圧回路において、 前記第1ドライバによる前記カップリングを受けさせる
動作と、前記第2ドライバによる前記カップリングを受
けさせる動作とを、同時には行わないことを特徴とする
チャージポンプ式昇圧回路。
Priority Applications (3)
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JP9933498 | 1998-04-10 | ||
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JPH11353888A true JPH11353888A (ja) | 1999-12-24 |
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EP (1) | EP0949750A3 (ja) |
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