JPH11508120A - 電子的負荷回路に供給するための回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回路装置に供給する供給電圧（Ｖ_dd）の値よりも絶対値が大きい値の高電圧を電子的負荷回路に供給するための回路装置であって、負荷回路と電気的に接続されているポンプ回路（２）を有し、このポンプ回路が予め定められたポンプ周波数を有する内部のスイッチング信号（３）に基づいて高電圧を負荷回路に出力し、負荷回路により受け入れられるポンプ回路（２）のポンプ電力がほぼ供給電圧（Ｖ_dd）の値にもポンプ回路（２）のポンプ周波数の値にも関係する。この回路装置は、ボンプ回路（２）に対応付けられ少なくともポンプ回路（２）の供給電圧（Ｖ_dd）から導き出された電圧を供給される電子的制御回路（４）を有し、この制御回路が供給電圧（Ｖ_dd）の値に関係する制御信号（５）に関係してポンプ回路（２）から出力される高電圧を発生するためポンプ周波数に作用するスイッチング信号（３）をポンプ回路（２）に、スイッチング信号（３）のポンプ周波数の値が供給電圧（Ｖ_dd）の値に対して逆比例するように出力する。

Description

【発明の詳細な説明】 電子的負荷回路に供給するための回路装置 本発明は、回路装置に供給する供給電圧の値よりも絶対値が大きい値の高電圧 を電子的負荷回路に供給するための回路装置であって、負荷回路と電気的に接続 されているポンプ回路を有し、このポンプ回路が予め定められたポンプ周波数を 有する内部のスイッチング信号に基づいて高電圧を、負荷回路により受け入れら れるポンプ回路のポンプ電力がほぼ供給電圧の値にもポンプ回路のスイッチング 信号のポンプ周波数の値にも関係するように負荷回路に出力する回路装置に関す る。 電気的にプログラミング可能かつ消去可能な半導体メモリに対しては、プログ ラミングおよび消去のために、たいていの場合通常の供給電圧を越える絶対値の 電圧が必要とされる。電気的にプログラミング可能かつ消去可能な半導体メモリ のメモリセルは通常、２つの外部から駆動可能な電極と、それらの間に位置する 非電位拘束の電極とから構成されている。このようなメモリセルのプログラミン グは外部から駆動可能な両電極の間に典型的には約＋１８ボルトの大きさの高電 圧を与えることにより非電位拘束の電極に電荷をもたらすことによって行われ、 また消去はプログラミング電圧に対し逆極性の典型的には約−１２ボルトの大き さの高電圧を与えることにより非電位拘束の電極から電荷を除去することによっ て行われる。電気的にプログラミング可能かつ消去可能な半導体メモリの重要な 使用分野は、電子式データ処理設備と並んで、特に例えばメモリカードおよびマ イクロプロセッサカードのような電子式カードである。これらの場合にはその際 供給電圧が外部からいわゆるターミナルから電子式カードとターミナルとの間の データ交換の際に供給される。バイポーラトランジスタから構成された集積半導 体構成素子を有するＴＴＬ技術の領域においては一般に５ボルト±１０％であり 、また電界効果トランジスタから構成された集積半導体構成素子を有するＣＭＯ Ｓ技術の領域においては典型的には３ボルト±１０％である。従って、電気的に プログラミング可能かつ消去可能な半導体メモリの上記の使用分野に対しては、 約 ３ボルトの供給電圧でも約５ボルトの供給電圧でも動作する両方の極性の電圧に 対する高電圧発生回路を用いることが望ましい。 本発明の課題は、冒頭に記載されている種類の回路装置であって、負荷回路に 一定のポンプ電力を出力するため異なった供給電圧により作動可能な回路装置を 提供することである。 この課題は請求項１による回路装置により解決される。 本発明によれば、回路装置が、ポンプ回路に対応付けられ少なくともポンプ回 路の供給電圧から導き出された電圧を供給される電子的制御回路を有し、この制 御回路が供給電圧の値に関係する制御信号に関係してポンプ回路から出力される 高電圧を発生するためポンプ周波数に作用するスイッチング信号をポンプ回路に 、スイッチング信号のポンプ周波数の値が供給電圧の値に対して逆比例するよう に出力する。本発明は、負荷回路に与えられるポンプ電力と、供給電圧とポンプ 周波数との積との関係を利用し、異なる供給電圧の際にも可能なかぎり一定のポ ンプ電力を与えるためにポンプ周波数を制御し、ポンプ周波数を供給電圧の低下 と共に上昇せしめるという認識に基づいている。その際に、ポンプ周波数を制御 するために供給電圧の値に相応する単一の制御信号しか必要とされないので、回 路技術的費用は比較的わずかである。ポンプ周波数はこうして専ら供給電圧の値 に関係して制御することができる。たとえばポンプ回路が与える電力または負荷 回路が受ける電力のような他の量はポンプ周波数に本質的に影響しないので、ポ ンプ周波数を制御するために供給電圧とは異なる他の量に関係するその他の信号 は必要とされない。 本発明による回路装置の好ましい構成では、ポンプ回路は制御回路の制御信号 により負荷回路に少なくとも近似的に一定のポンプ電力を出力するために制御さ れ、その際にポンプ回路のポンプ電力の出力が制御回路によりほぼ供給電圧値と ポンプ周波数との積に比例して制御されるようにすることができる。ポンプ回路 のポンプ電力を一定の値に保つため、ポンプ周波数をポンプ電力への供給電圧値 の影響が補償されるように供給電圧の値により制御するように構成されていてよ い。 ポンプ電力と、供給電圧とポンプ周波数との積との間の比例的な関係を考慮に 入れて、さらに、ポンプ回路のポンプ電力の出力は制御回路により供給電圧値に 関係して、ポンプ周波数が供給電圧値に間接的に比例するように制御されている ように構成されていてよい。ポンプ電力Ｐ＝ｃ・Ｕ・ｆ（ここでＰはポンプ電力 、ｃは理想的には一定の係数、Ｕは供給電圧、ｆはポンプ周波数）を有するポン プ回路では理想的には、ポンプ周波数ｆを関係式ｆ＝ｄ／Ｕ（ここでｄは理想的 な定数）に従って制御する制御回路がポンプ電力を一定の値に保つであろう。ポ ンプ周波数の関係に対してはそのときそれによって次式が生ずる：Ｐ＝ｃ・ｄ。 間接的に供給電圧の値に比例しているポンプ周波数のこのような制御において、 ポンプ電力と供給電圧およびポンプ周波数との関係を補償することができる。実 際の回路では定数ｃおよびｄはたとえば温度または構成素子固有のパラメータに 関係している。この影響は、必要とみなされるかぎり、場合によっては適当な回 路技術的手段により補償することができる。 本発明による回路装置の別の好ましい構成では、制御回路はスイッチング信号 を発生しかつ出力するために発振器回路を有し、その発振周波数が発振器回路の 入力端に与えられている制御信号に関係して制御されるようにすることができる 。発振器回路から発生される信号をポンプ回路に対するスイッチング信号として 使用する際にはポンプ周波数は発振器周波数に比例しており、それによってポン プ周波数は制御信号に関係して制御される。 供給電圧値とポンプ周波数との間の間接的な比例関係を得るため、さらに、発 振器回路の入力端に与えられている制御信号は直接的に供給電圧値から導き出さ れるようにすることができる。それによりポンプ周波数の値は直接的に供給電圧 の値により制御される。 本発明による回路装置の一層詳細な構成では、発振器回路がシュミット・トリ ガ回路を有するものとして構成されていてよい。シュミット・トリガ回路を有す る発振器回路の周波数は簡単な仕方でただ電圧により制御することができる。そ れによって本発明による回路装置は比較的わずかな回路技術的費用により構成す ることができる。 発振器回路から出力される信号のその後の処理のために、ポンプ回路に対応付 けられている制御回路が発振器回路の出力側に接続されている分周器を有し、こ の分周器が２つの互いに反対称なクロック信号をポンプ回路の両ポンプ入力端に 与えるように構成されていることは有利である。ポンプ回路の申し分のない機能 のために、高いレベルおよび低いレベルが等しい時間的長さを有する２つの互い に逆のクロック信号を用いることは有利である。このようなクロック信号は本発 明による回路装置の分周器により比較的簡単な仕方で与えられ得る。分周器はた とえばＴＴＬまたはＣＭＯＳ構造様式のようなたいていの通常の半導体技術で得 られる簡単なゲート回路により構成することができる。 本発明のさらに好ましい構成では、ポンプ回路が、コンデンサとダイオードと して動作するトランジスタとを有する複数の段から構成されている縦続回路を有 し、その縦続回路の段が高電圧出力端と供給電圧値との間に直列回路をなして接 続されており、ダイオードとして動作するトランジスタが直列に接続されており 、またダイオードとして動作するトランジスタの結合点に結合されているコンデ ンサがダイオードとして動作するトランジスタと反対の側で交互に両ポンプ入力 端に結合され、またポンプ回路が別のトランジスタを有し、このトランジスタは 供給電圧とトランジスタから構成されている直列回路との間に接続され、制御入 力端で供給電圧に接続され、帰還結合され、ダイオードとして動作する。ダイオ ードとして動作し、帰還結合され、特にＣＭＯＳ技術によるトランジスタの使用 により半導体基板上の面積占有が小さく保たれ得る。このようなポンプ回路はた とえばＴＴＬまたはＣＭＯＳ構造様式のようなたいていの通常の半導体技術で実 現可能であり、このことは半導体基板上の完全な集積可能性を保証する。 可能なかぎりコンパクトな構造を保証するため、回路装置が負荷回路と共通に 半導体基板上に集積されて構成されていることは有利である。発振器回路、分周 器および縦続回路は同一の半導体技術で実現され得るので、単一の半導体基板上 にモノリシックな回路構成部分を作ることが可能である。 本発明による制御回路の特に好ましい応用においては、電子的負荷回路が不揮 発性の電気的に消去可能、プログラミング可能な半導体メモリの一群のプログラ ミングすべきまたは消去すべきメモリセルを有するものとして構成されていてよ い。この場合、高電圧の値が好ましくは約＋１８ボルトまたは−１２ボルト、ま た供給電圧の値が好ましくは約＋３ボルト±１０％ないし＋５ボルト±１０％で あることは有利である。 回路技術費用を低減するため、さらに、制御信号の値は直接的に供給電圧の値 に相当するように構成されていてよい。それに対し供給電圧と制御信号との間の 変換回路は、場合によっては、制御信号と供給電圧との間の非線型な伝達関数を 結果として生じ、このことはポンプ周波数と供給電圧との間の間接的な比例関係 の乱れを生じさせ得るであろう。 本発明の他の特徴、利点および合目的性は図面による実施例の以下の説明から 明らかになる。 図１は本発明による回路装置の概略構成図、 図２はシュミット・トリガ発振器回路の概略構成図、また 図３は本発明による回路装置のいくつかの電圧の時間的経過を示す図である。 図１は高電圧出力端１に接続されている、図１中に詳細には示されていない電 子的負荷回路に、回路装置に供給する供給電圧Ｖ_ddの値よりも絶対値が大きい値 の高電圧を供給するための本発明による回路装置の１つの実施例を示す。負荷回 路は、好ましくは、電子式メモリカードまたはマイクロプロセッサカードのなか に設けられている電気的にプログラミング可能かつ消去可能な半導体メモリのメ モリセルであってよい。回路装置は負荷回路と接続されているポンプ回路２を有 し、このポンプ回路は予め定められたポンプ周波数を有する内部のスイッチング 信号３に基づいて典型的には＋１８ボルトの高電圧を高電圧出力端１を介して負 荷回路に出力し、負荷回路により受け入れられるポンプ回路２のポンプ電力がほ ぼ供給電圧Ｖ_ddの値にもポンプ回路２のポンプ周波数の値にも関係するようにす る。回路装置は、ポンプ回路２に対応付けられ、ポンプ回路２の供給電圧Ｖ_ddか ら導き出された電圧を供給される電子的制御回路４を有し、この電子的制御回路 は供給電圧Ｖ_ddの値に関係する制御信号５に関係して、ポンプ回路２から高電圧 の発生のためポンプ周波数に作用するスイッチング信号３をポンプ回路２に、ス イッチング信号３のポンプ周波数の値が供給電圧Ｖ_ddの値に対して逆比例するよ うに与える。制御回路４およびポンプ回路２は制御回路４の制御出力端６、７お よびポンプ回路２のポンプ入力端８、９を介して互いに結合されている。図１に よる実施例では制御回路４の制御信号５は直接的に回路装置の供給電圧Ｖ_ddであ る。制御回路４はシュミット・トリガ発振器１０と、シュミット・トリガ発振器 １０の出力側に接続され、ゲート回路１１ないし２１から構成されている分周器 ２２とを有する。図２を参照すると、発振器回路１０は第１の参照電圧入力端２ ３および第２の参照電圧入力端２４を有し、これらの入力端に回路装置を調節す るための２つの一定の参照電圧が与えられている。発振器回路１０はさらに４つ のトランジスタ２５ないし２８、２つのｐチャネル電界効果トランジスタ２５、 ２６および２つのｎチャネル電界効果トランジスタ２７、２８から成る直列回路 を有し、この直列回路は供給電圧Ｖ_ddと接地端子との間に接続されている。それ に対して並列に、４つのトランジスタ２９ないし３２、２つのｐチャネル電界効 果トランジスタ２９、３０および２つのｎチャネル電界効果トランジスタ３１、 ３２から成る第２の直列回路が接続されている。トランジスタ２５の制御入力端 は第１の参照電圧入力端２３と、又トランジスタ２８の制御入力端は第２の参照 電圧入力端子２４と接続されている。トランジスタ２６、２７の制御入力端は互 いに接続されている。トランジスタ２９ないし３２の制御入力端は互いに結合さ れ、またトランジスタ２６、２７の両電極の結合点と接続されている。トランジ スタ２６、２７に対して並列にさらにコンデンサ３５が接続されている。トラン ジスタ２９ないし３１に対して並列にｐチャネル電界効果トランジスタ３３が接 続されている。トランジスタ３０ないし３２に対して並列にｎチャネル電界効果 トランジスタ３４が接続されている。トランジスタ３３、３４の制御入力端はト ランジスタ３０、３１の電極の結合点と、また２つのノットゲート３６、３７の 入力端と接続されている。ノットゲート３６の出力端はトランジスタ２６、２７ の共通の制御端子と接続されている。ノットゲート３７の出力端は発振器回路１ ０の出力端３８に相当する。発振器回路１０は発振器出力端３８を介して分周器 ２２と結合されている。ゲート１１ないし２１から形成される分周器２２は５つ のノットゲート１１ないし１５と、２つの否定オアゲート１６、１７と、それぞ れ集積されたアンドゲートと直列接続されている４つの否定オアゲート１８ない し２１とを有し、これらのゲートは図１から明らかなように接続されている。制 御回路４の第１および第２の制御出力端６、７はポンプ回路２にスイッチング信 号３を供給するため第１および第２のポンプ入力端８、９と結合されている。１ ４のコンデンサ３９、４０および１５のトランジスタ４１、４２から構成されて いるポンプ回路２はそれぞれコンデンサ３９、４０とダイオードとして動作する トランジスタ４１とを有する１４の段から成っている縦続回路であり、この縦続 回路は図１中に示されているように接続されている。縦続回路の段はその際に、 ダイオードとして動作するトランジスタ４１が直列回路を形成するように、直列 回路をなして高電圧出力端１と供給電圧Ｖ_ddとの間に接続されており、ダイオー ドとして動作するトランジスタ４１の制御入力端に結合されているコンデンサ３ ９、４０が交互にトランジスタ４１と反対の側で両方のポンプ入力端８、９に結 合されており、その際に偶数のコンデンサ３９はポンプ入力端８に、また奇数の コンデンサ４０はポンプ入力端９に接続されている。ポンプ回路２は別のトラン ジスタ４２を有し、このトランジスタ４２は、供給電圧Ｖ_ddとトランジスタ４１ から成る直列回路との間に接続され、制御入力端で供給電圧Ｖ_ddに接続され、帰 還結合され、またダイオードとして動作する。図３には、図１および図２に示さ れている回路装置のいくつかの電圧の時間的経過を示す４つのダイアグラム４３ ないし４６が示されている。第１の曲線４３は供給電圧Ｖ_dd＝５ボルトの際に発 振器回路１０により発生され出力端３８に与えられているクロック信号を示し、 また第２の曲線４４は同時に高電圧出力端１に与えられている高電圧を示す。そ れと類似して曲線４５および４６は供給電圧Ｖ_dd＝３ボルトの際に出力端３８に 与えられているクロック信号、高電圧出力端１に与えられている高電圧を示す。 図１および２に示されている回路装置の作用を以下に図３に示されている電圧 経過により一層詳細に説明する。シュミット・トリガ発振器１０はその出力端３ ８に長方形信号４５、４６を発生し、その周波数は回路装置の供給電圧Ｖ_ddの値 と同一である制御信号５に間接的に比例して制御されている。参照電圧入力端２ ３、２４に与えられている参照電圧により、図２中に示されトランジスタ２５な いし２８から形成されている直列回路は電流源として動作し、その電流は供給電 圧Ｖ_ddに比例している。ノットゲート３６により帰還結合されているトランジス タ２９ないし３１およびコンデンサ３５の直列回路は振動回路を形成し、発振を 生じ、これらの発振はノットゲート３７により長方形信号に整形され、出力端３ ８を介して分周器２２に供給される。５ボルトまたは３ボルトの供給電圧Ｖ_ddの 際の発振器出力端３８におけるクロック信号を表す曲線４３および４５の比較は 、供給電圧Ｖ_ddと発振器出力端３８におけるクロック周波数との間の近似的に間 接的に比例する関係を示す。シュミット・トリガ発振器１０の出力側に接続され ている分周器２２は出力端３８に与えられている信号を、スイッチング信号３が 制御出力端６、７、従ってポンプ入力端８、９に与えられ、常に互いに逆の２つ の長方形信号から成るように処理する。ポンプ回路２はポンプ入力端８、９に与 えられているスイッチング信号を処理して高電圧として高電圧出力端１に与える 。曲線４４および４６は、高電圧出力端１に与えられている高電圧が、５ボルト および３ボルトのそのつどの供給電圧Ｖ_ddを出発値として、ポンプ回路２により 発振器出力端３８に与えられている相応のクロック信号の半分の周波数によりパ ケット状に上昇することを明らかにする。両方の場合に高電圧出力端１に与えら れている高電圧の値は２μＳの後にそのつどの供給電圧Ｖ_ddのほぼ２倍の値に上 昇し、またその後の２μＳの後にそのつどの供給電圧Ｖ_ddのほぼ３倍の値に上昇 し、このことは供給電圧Ｖ_ddにほぼ無関係なポンプ電力を意味する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回路装置に供給する供給電圧（Ｖ_dd）の値よりも絶対値が大きい値の高電圧 を電子的負荷回路に供給するための回路装置であって、負荷回路と電気的に接続 されているポンプ回路（２）を有し、このポンプ回路が予め定められたポンプ周 波数を有する内部のスイッチング信号（３）に基づいて高電圧を、負荷回路によ り受け入れられるポンプ回路（２）のポンプ電力がほぼ供給電圧（Ｖ_dd）の値に もポンプ回路（２）のスイッチング信号（３）のポンプ周波数の値にも関係する ように負荷回路に出力する回路装置において、 回路装置が、ポンプ回路（２）に対応付けられ少なくともポンプ回路（２）の 供給電圧（Ｖ_dd）から導き出された電圧を供給される電子的制御回路（４）を有 し、この制御回路が供給電圧（Ｖ_dd）の値に関係する制御信号（５）に関係して ポンプ回路（２）から出力される高電圧を発生するためポンプ周波数に作用する スイッチング信号（３）をポンプ回路（２）に、スイッチング信号（３）のポン プ周波数の値が供給電圧（Ｖ_dd）の値に対して逆比例するように出力することを 特徴とする高電圧を電子的負荷回路に供給するための回路装置。 ２．ポンプ回路（２）が制御回路（４）の制御信号（５）により負荷回路に少な くとも近似的に一定のポンプ電力を出力するために制御されていることを特徴と する請求項１記載の回路装置。 ３．ポンプ回路（２）のポンプ電力の出力が制御回路（４）によりほぼ供給電圧 値（Ｖ_dd）とポンプ周波数との積に比例して制御されていることを特徴とする請 求項１または２記載の回路装置。 ４．ポンプ回路（２）のポンプ電力の出力が制御回路（４）により供給電圧値（ Ｖ_dd）に関係して、ポンプ周波数が供給電圧値（Ｖ_dd）に間接的に比例している ように制御されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載 の回路装置。 ５．制御回路（４）がスイッチング信号（３）を発生しかつ出力するために発振 器回路（１０）を有し、その発振周波数が発振器回路（１０）の入力端に与えら れている制御信号（５）により制御されていることを特徴とする請求項１ないし ４のいずれか１つに記載の回路装置。 ６．発振器回路（１０）の入力端に与えられている制御信号（５）が直接的に供 給電圧値（Ｖ_dd）から導き出されていることを特徴とする請求項５記載の回路装 置。 ７．発振器回路（１０）がシュミット・トリガ回路を有することを特徴とする請 求項５または６記載の回路装置。 ８．ポンプ回路（２）に対応付けられている制御回路（４）が発振器回路（１０ ）の出力側に接続されている分周器（２２）を有し、この分周器が２つの互いに 反対称なクロック信号をポンプ回路（２）の両ポンプ入力端（８、９）に与える ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の回路装置。 ９．ポンプ回路（２）が、コンデンサ（３９、４０）とダイオードとして動作す るトランジスタ（４１）とを有する複数の段から構成されている縦続回路を有し 、その際に縦続回路の段が高電圧出力端（１）と供給電圧値（Ｖ_dd）との間に直 列回路をなして接続されており、ダイオードとして動作するトランジスタ（４１ ）が直列に接続されており、ダイオードとして動作するトランジスタ（４１）の 結合点に結合されているコンデンサ（３９、４０）がダイオードとして動作する トランジスタ（４１）と反対の側で交互に両ポンプ入力端（８、９）に結合され 、またポンプ回路が別のトランジスタ（４２）を有し、このトランジスタは供給 電圧（Ｖ_dd）とトランジスタ（４１）から構成されている直列回路との間に接続 され、制御入力端で供給電圧（Ｖ_dd）に接続され、帰還結合され、ダイオードと して動作することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の回路装 置。 １０．回路装置が共通に半導体基板上に集積されて構成されていることを特徴と する請求項１ないし９のいずれか１つに記載の回路装置。 １１．電子的負荷回路が不揮発性の電気的に消去可能、プログラミング可能な半 導体メモリの一群のプログラミングすべきまたは消去すべきメモリセルを有する ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の回路装置。 １２．制御信号（５）の値が供給電圧（Ｖ_dd）の値に相当することを特徴とする 請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の回路装置。 １３．高電圧の値が好ましくは約＋１８ボルトまたは−１２ボルトであり、供給 電圧（Ｖ_dd）の値が約＋３ボルト±１０％ないし＋５ボルト±１０％であること を特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の回路装置。