JPS63274362A - オン・チツプ多重レベル電圧発生装置 - Google Patents

オン・チツプ多重レベル電圧発生装置

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JPS63274362A
JPS63274362A JP62259874A JP25987487A JPS63274362A JP S63274362 A JPS63274362 A JP S63274362A JP 62259874 A JP62259874 A JP 62259874A JP 25987487 A JP25987487 A JP 25987487A JP S63274362 A JPS63274362 A JP S63274362A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
A、産業上の利用分野 B、従来技術 C1発明が解決しようとする問題点 り1問題点を解決するための手段 E、実施例 El 電圧発生システム及び持久メモリ(第22図) E2 本発明の制御ゲート電力システム(第1図) E3 多重レベル高圧電カシステムの詳細(第3図) E4 チャージ・ポンプ兼オツシレータ回路E5 セン
ス回路(第4A、第4B、第5A、第5B図) E6 低電圧センス回路(第10図) El インターフェイス論理回路(第11図)E8 ゲ
ット25/セーブ論理回路(第12図)E9 オーバ/
アンダミ圧検出回路(第13図)EIO電力降下回路網
(第9A、9B、90図) Ell  カウンタ回路(第8A、8B図)E12  
リセット遅延センス回路(第7図)E13  タイマ回
路(第6図) E14  動作 F0発明の効果
【図面の簡単な説明】
A、産業上の利用分野 本発明は一般には電圧発生装置に関し、さらに具体的に
は論理レベルの電圧信号をE 2 F ROMのような
半導体回路装置に書込み、もしくはこの装置を消去する
ための高電圧に変換する高電圧コンバータに関する。 B、従来技術 不揮発(持久)メモリ・システムの使用は過去二、三年
の間に増大した。代表的な持久メモリ・システムは電力
発生システム及び持久メモリ・システムを含む。電力発
生システムは通常持久メモリ・システムとともに単一チ
ップ上に集積されている。持久メモリ・システムは高電
圧信号によって書込みもしくは読取り或いは、その両方
がなされる浮動ゲート・メモリ・セルの配列体である。 高電圧信号は電力発生システムによって発生する。 従来技術は持久メモリ・セルを駆動するためのいくつか
のタイプの電力システムを与えている。 従来技術システムのいくつかは高電圧技術とともに使用
するのに十分適していて、他の技術は低電圧とともに使
用するに適している。高電圧技術では、電力システムの
装置は破壊することなく、相対的高い電圧レベル信号に
耐えることができる。 このことは電源システムの制御がゆるくてよいことを示
している。しかしながら、低電圧技術では電力システム
の装置は相対的に高い電圧に感応し、従って装置が破壊
しないように設計されている厳格な制御のために、低電
圧技術の装置が高電圧を発生するのに使用される。 高電圧技術とともに使用されるのに適した従来の電源の
例には米国特許第4506350号、第4404475
号、第4393481号、第4186436号、第43
02804号、第4368524号及び第426366
4号がある。 米国特許第4506350号はメモリ・システムに印加
される書込み電圧をブースト(昇圧)するブースト回路
を有する持久性半導体メモリ・システムを与えている。 このブースト回路は5ボルトの安定な書込み電圧を受取
りこれを高レベルにブーストするオツシレータを含む。 米国特許第4404475号は未調整チャージ・ポンプ
が高電圧を与え、この高電圧が調整回路によってトリミ
ングされ持久メモリ集積回路を駆動するための十分な電
圧を与える電圧発生回路を開示している。 米国特許第4393481号はチャージ・ポンプ及び容
量性センシング出力回路を有するオン・チップ高電圧発
生装置を開示している。ゲート付きダイオードが使用さ
れてチャージ・ポンプの最大出力電圧を設定している。 米国特許第4186436号は積層キャパシタを使用し
て高電圧を与える非制御電圧発生装置を開示している。 米国特許第4302804号は4位置シーケンシャル・
カウンタがダイオード及びキャパシタより成るチャージ
・ポンプを駆動するDCC電圧マルチタライア開示して
いる。 米国特許第4368524号はEEPROMのための電
圧発生回路を開示している。この発生回路は外部で発生
した+5及び+20ボルトを受取り、これらを所望の動
作電圧にブーストするチャージ・ポンプを含む。 米国特許第4263664号はゲート付き降伏ダイオー
ドによって制御されるチャージ・ポンプ、を有する電圧
発生回路を開示している。 電気的に変更可能な高密度半導体メモリと集積できる電
圧発生回路は米国特許第4481566号に開示されて
いる。この回路は低電圧技術で使用するのに最も適して
いる。この回路にはチャージ・ポンプを制御するための
DEIS(2重電子注入構造)装置を含む単一のフィー
ドバック・ループを有する容量性チャージ・ポンプを含
む。 プロセス技術を使用して、通常の技術の降伏限界を越え
て装置の電圧特性を増大している。 米国特許出願第551450号は多くのチャージ・ポン
プを含む2重レベル高電圧システムを説明している。 C0発明が解決しようとする問題点・ 本発明の目的は従来よりも効率的な高電圧発生装置を与
えることである。 D0問題点を解決するための手段 本発明の電圧発生装置は多くのフィードバック制御経路
を有する単一のチャージ・ポンプを使用してチャージ・
ポンプの出力に複数の別個の電圧レベルを与える。各フ
ィードバック経路は対応する電圧レベルを制御するよう
に設計されている。 回路技術が使用され、10vのゲート付き降伏ダイオー
ドを使用して5v専用技術で30V迄の電圧に対する接
合破壊が防止される。 各フィードバック経路はキャパシタ分圧回路網、補償用
電圧基準を有するセンス増幅器列回路網及びセンシング
の正確さを保証するキャパシタを周期的にリセットする
タイマを含む、接合降伏を防止するための、多重装置の
自己バイアスを有する電力降下回路網を使用して、チャ
ージ・ポンプの出力を放電する。外部的にアクチベート
される論理制御回路を使用してアクチブ・フィードバッ
ク経路もしくは放電経路或いはこの両方を選択する。 電力節約機構を有する高周波ブツシュ・プル・ドライバ
・オツシレータが2つの重畳しないクロック信号を発生
する。これ等の信号を使用してダイオードとコンデンサ
とみなされるように接続されたトランジスタのチェーン
を駆動する。 E、実施例 Elt!圧発生システム及び持久メモリ第2図は電気的
に消去可能、プログラム可能読取り専用メモリ(E2F
ROM)システムもしくは持久ランダム・アクセス・メ
モリ(NVRAM)システムのための概略図を示す。こ
のシステムは持久セル10、電力システム12及び制御
論理装置14を含む、持久セル10は制御ゲート線及び
メモリ・プレート線によって電力システム12に接続さ
れている。電力システム12はfileによって制御論
理袋[14に接続されている。複数の外部的に発生され
る制御信号が線1−N上に供給される。アクチベートさ
れた信号に依存して、制御論理装置14は制御ゲート電
力システム18もしくはメモリ・プレート電力システム
20のどちらかを選択する。選択された電力システムは
持久セル10をアクセスするのに必要な電力を発生する
。制御ゲート電力システム18とメモリ・プレート電力
システム20間の通信は夫々#I22及び24によって
なされる。 持久セルはこの技術分野でよく知られているものである
。このようなセルの機能はデータを記憶することである
。これ等のセルは一般に知られているので、このような
セルの本発明の理解にとって必要な特徴のみが説明され
る。セルはメモリのRAMプレーン及びメモリの持久(
N−V)プレーンを有する。メモリのRAMプレーンは
通常のRAM動作を可能にする。このプレーンはN−V
プレーンとは独立していて、メモリ・プレート線と記さ
れた線に接続されている。メモリ・プレート線上の信号
はメモリ・プレート電力システム2O上によって与えら
れる。この電力システムはブートストラップ技術を使用
して、5Vの電源電圧を動作レベルを7及び8ボルト間
の動作レベルに増大する。持久プレーンはRAMプレー
ンと独立していて、持久動作のために使用される。持久
プレーンはダイナミックRAMセルの配列体を支持して
いる。各セルは浮動ゲート及び2つの2重電子圧入構造
(DEIS)インジェクタを含み、インジェクタは高電
圧になる時、浮動ゲートへもしくはこれからのチャージ
(電荷)を転送する。データは結果の空乏井戸の有無を
感知することによって検索される。非持久的な物理状態
は電位の井戸中に記憶され、持久的な物理状態は浮動ゲ
ート上に記憶される。制御ゲート電力システム18は持
久背景プレーンにデータを記憶し、これからデータを検
索するのに必要な高電圧を与える。システム18は又R
AMプレーンを使用する時に制御ゲート上に9ボルトを
保持する。 E2本発明の制御ゲート電力システム 第1回は本発明の原理に従う制御ゲート電力システムの
ブロック図を示す。制御ゲート電力システムは多重レベ
ル高電圧電力システムである。制御ゲート電力システム
は電力選択線低及び1−Nの1つをアクチベートするこ
とによらて、所望の電圧の信号を高電圧出力線上に取出
すことができる。制御電力システムはチャージ・ポンプ
・システム26を含む。チャージ・ポンプ制御装置28
は線30によってチャージ・ポンプ・システム26の入
力に接続され、複数のフィードバック経路N乃至Oによ
ってチャージ・ポンプ・システムの出力に結合されてい
る。センス回路がフィードバック経路の各々の中に与え
られている。従って、フィードバック経路Oは低電圧セ
ンス回路Oを含み、フィードバック経路1はセンス回路
装置1を含む等々である。センス回路選択線はセンス回
路の各々をチャージ・ポンプ制御装置28に接続する。 たとえば、センス回路はセンス回路N選択によって接続
され、センス回路2はセンス回路2逍択によって接続さ
れる等々である。電力降下回路32はチャージ・ポンプ
制御装置28をチャージ・ポンプ・システム26の出力
に相互接続する。以下説明するように、センス回路の各
々はチャージ・ポンプ・システムの出力に所望の電圧レ
ベルを与えるように設計される。従って、特定のセンス
回路が選択される時に、電力降下回路がアクチベートさ
れ、電力降下回路がチャージ・ポンプの出力を放電し、
他方センス回路はチャージをセンス(感知)する。チャ
ージの値がセンス回路のセット値内に入るやいなや、電
力降下回路はディアクチベートされ、所望の電力がチャ
ージ・ポンプ・システムの出力に発生される。入力の低
電圧、接地選択線及び低電圧センス回路(0)は大地電
圧を含む低電圧をセンスするのに使用される。E3多重
レベル高圧電カシステムの詳細 第3図は本発明に従う多重レベル高圧電カシステムの詳
細なブロック図である。説明を簡単にするために、第1
図及び第3図の共通の素子は同じ番号で示す。又、添字
の記号を使用して同じ素子の部分素子を示す。例えば、
センス回路2の部分素子は数字2 j 、 21F及び
2″′によって識別される。 さらに第3図を参照するに、多重レベル高電圧電力シス
テムは2相オツシレータ26′及びチャージ・ポンプ2
6”を含む。オツシルータはチャージ・ポンプシステム
の入力に直列に接続されている。オツシレータがアクチ
ベートされる時に、オツシレータはチャージ・ポンプを
所望の電圧が出力ノード34でセンスされる迄ポンプ(
昇圧)する。この信号はILCG線上のILCG信号に
よって与えられる。この信号はインターフェイス論理回
路28′によって与えられる。インターフェイス論理回
路28’はチャージ・ポンプ制御回路28(第1回)の
部分要素である。チャージ・ポンプ制御回路28の他の
部分素子はリセット遅延センス(RDS)回路28”、
ゲート257セーブ3(情報ロード、除去)論理回路2
8′″′及びオーバ/アンダミ圧検出回路28ttuで
ある。チャージ・ポンプ制御装置28の各部分素子が遂
行する機能については以下説明される。 第3図の参照をさらに続けると、チャージ・ポンプ出力
ノード34は持久セル(第2図)の持久プレーンに接続
されている。第3図で、持久プレーンは制御ゲート(C
G)とラベルの付されたキバシタによって表わされてい
る6具体的には、制いる。センス回路2が出力ノード3
4に接続されている。センス回路2の機能は出力ノード
34をモニタし、該出力ノードに20Vがセンスされた
時に5A20と呼ばれる信号を発生することにある。説
明を簡単にするために、線は対応する信号名によって識
別される。従って5A20は信号5A20を伝える線を
示す等々である。センス回路2は20Vのセンス増幅器
2′、20vスイッチ可能キャパシタ回路網(分圧器)
2″及びカウンタ2”′を含む。20Vスイッチ可能キ
ャパシタ回路網は出力ノード34に接続されている。2
0Vセンス増幅器及びカウンタは20Vスイッチ可能キ
ャパシタ回路網に接続されている。以下説明するように
キャパシタ(分圧器)回路網は複数のキャパシタ上にチ
ャージ・ポンプの出力の電圧を分布する。センス増幅器
は20Vが存在する時をセンスし、オツシレータの制御
下にあるカウンタは定期的にキャパシタをリセットする
。。 さらに第3図の参照を続けるに、低電圧センス回路が出
力ノード34に接続されている。低電圧センス回路の機
能は出力ノードが大地電位を含む相対的低電圧にある時
をセンスすることにある。 又センス回路1が出力ノード34に接続されている。セ
ンス回路1は出力ノード34及び制御ゲートが9vにな
った時をセンスする。センス回路1はSAO線を介して
SAQ償号を出力する。センス回路1は、9vセンス増
幅器1’、9Vスイツチ可能キヤパシタ(分圧器)回路
網1”及びタイマ1″′を含む、9Vスイツチ可能キヤ
パシタ回路網1′は出力ノード34に接続されている。 9Vセンス増幅器1′及びタイマ1”′は9vスイツチ
可能キヤパシタ(分圧器)回路網に接続されている。電
力降下回路32が出力ノード34に接続されている。電
力降下回路32はアクチベートされた時に出力ノード3
4及び制御ゲートを放電して所望の電圧レベルにする。 オーバ/アンダミ圧検出装置28′″″′は供給電圧V
ddをモニタし、電圧が予定の値からはずれた時に制御
信号を出力する。本発明の好ましい実施例では、Vdd
は5V(±10%)である。リセット遅延センス回路2
8”がインターフェイス論理回路28″を制御し、9V
スイツチ可能キヤパシタ(分圧器)回路網がリセットさ
れている時間の大部分の間9vセンス増幅器1′が無視
されるようにする。最後に、ゲット25/セーブ3論理
回路28 $l#+は制御信号を発生して、制御ゲート
が大地電位にある時にRAMプレーンが浮動ゲートから
データを検索できるようにする。セーブ1とラベルの付
された線は外部で発生されるセーブ指令を転送する。こ
れ等の線は、ダイナミックRAMプレーン上の情報を背
景プレーン即ち持久プレーンにロードすべき時にアクテ
ィブとなる。又持久プレーンからダイナミックRAMプ
レーンに情報が除去される時には、ゲット2とラベルの
付された信号線がアクチベートされる。第3図に示した
他の相互接続線は信号を発生する部分素子の名称が付さ
れている。セーブ3及びGESA3がゲット25/セー
ブ3論理回路28”1から発生される。好ましい実施例
は出力ノード34に0.9及び20Vを与える場合をカ
バーしているが、この・レベル数は本発明の範囲につい
ての制限として解釈されるべきでない、それは本発明の
原理を利用することによって、出力ノード34にはより
少ないもしくはより多くの電圧レベルを与えることがで
きることは明らかであるからである。又、電圧レベルの
値も本実施例で与えられた値と異なることができる。多
重レベル電圧発生システムについて概略説明したので、
以下第3図の素子の詳細な説明が与えられる。 E4チャージ・ポンプ兼オツシレータ回路チャージ・ポ
ンプ兼オツシレータ回路は高電圧を出力ノード34に与
え、この高電圧を制御ゲート(第3回)に転送する。こ
の回路はオツシレータ26′及びチャージ・ポンプ26
”より成る。2相オツシレータの出力がチャージ・ポン
プの入力に接続される。これ等のオツシレータ及びチャ
ージ・ポンプの組合せはこの分野で一般に知られている
ものであり、オツシレータもしくはチャージ・ヤパシタ
及びダイオード構造体の列より成るとだけ説明すれば十
分であろう、各ブードストラップ・キャパシタはドレイ
ン電極及びソース電極が接続されたデプレッション装置
である。ブートストラップ動作が各ノードを相継いで高
い電圧に充電する。最後の出力電圧は20及び24Vの
間にある。 チャージ・ポンプはオツシレータの位相1及び位相2で
ローデングを与える。センス増幅器の1つによって示さ
れるように、一度適切な出力電圧に到達すると、ILC
G信号が低くなり、オツシレータをオフにし、フィード
バック・ノードを除くすべてのノードを高電圧に浮動さ
せる。この結果、チャージ・ポンプは出力ノード34に
所望の電圧を与えた状態で、オフに転ぜられる。本発明
に使用できるチャージ・ポンプ/オッシレータの組合せ
の例は上記の米国特許出願第551450号に説明され
ている。 E5センス回路 第4図は第4A図と第4B図の接続方法、第5図は第5
A図と第5B図の結合方法を示す図であるが、第4A図
と第4B図を総称する時も第4図のように呼ぶことにす
る。第4図及び第5図はセンス回路の回路図を示す、具
体的には、第4図はセンス回路2(第3図)の、第5図
はセンス回路1 (第3図)の回路図である。上述のよ
うに第4図の回路配列は2oボルトのチャージが制御ゲ
ート上にある時をセンスし、5A20とラベルの付され
た線(第4B図)上に制御信号5A20を与える。同様
に、第5図の回路配列は出力ノード34(第3図)をモ
ニタし、制御ゲート上に9vをセンスした時に、線SA
9 (第5B図)上に信号を送る。同じ配列の回路が夫
々9■及び20Vをセンスするのに使用される。従って
、第4図及び第5図中の共通の装置は同じアルファニュ
ーメリック文字によって識別される。第4図及び第5図
の回路配列はFET装置から構成されている。デプレッ
ション・モード装置はゲート電極と装置の本体間の斜線
で区別される。エンハンスメント・モード装置はゲート
電極と装置の本体間に斜線がない。 動作の現在の状態に依存して、制御ゲート(第3図)は
異なる電圧レベルを占めなければならない。通常の非持
久動作中は制御ゲートは+9vに保持されなければなら
ない。このレベルを達成し。 保持するには定期的なポンピングを必要とする6同じよ
うに、同じチャージ・ポンプは、セーブ動作中には制御
ゲートを+20Vに充電しなければならない、従って+
9v及び+20Vレベルの両方が正しい点でチャージ・
ポンプを閉鎖するためにセンスされなければならない。 この結果を求めるために、第41!l及び第5図のセン
ス増幅器列は夫々のキャパシタ分圧器回路網によって制
御ゲータをたえずモニタし、高電圧の破壊からキャパシ
タを保護する。 さらに第4図及び第5図の参照を続けると、回路網が制
御ゲートが夫々20V及び9vにある時をセンスし、そ
の後チャージ・ポンプをディスエーブルする。装置T1
は電流リミッタであり、キャパシタ・ノードが接地され
た時に制御ゲートが影響を受けるのを防止するものであ
る。装置ET2、T3及びT4がコンデンサ分圧器を構
成し、制御ゲートの電圧をセンシングにとって安全なレ
ベルにステップ・ダウンする。 もれ電流がある時間かかって、異なる速度でキャパシタ
を放電する。そのために、キャパシタ・ノードを周期的
に接地し、キャパシタ・ノードを電流制限袋[T1によ
って再充電する必要が生ずる。 装置T5−T17がセンス増幅器を形成し、レベル・シ
フトにより明確な出力信号を与える。特に、装置1T9
及びTIOが内部基準ノードを与える。この基準ノード
上の信号は装置T5、T6、T7、T8 (T5−T8
)によって増幅される。 レベル・シフト機能は装[T11、T12、T13、T
14、T15、T16、T17  (Tll−T17)
によって与えられる。 装置T18−T24がキャパシタ・ノードを選択的に接
地し、一方で高置゛圧による破壊を防止する経路を与え
る。キャパシタ分圧器をリセットする必要がある時は、
LNL即ちX9信号が5■にされる。これにより装[T
21、T23及びT24がオンになり、これを通ってノ
ードが放電される電流経路が与えらる。LNL即ちX9
が低電圧の時は、装置T21.T23及びT24がオフ
になり、制御ゲート電圧はキャパシタにまたがって分割
され、装置の破壊が生じないようにされる。 装置1T25−T38はバイアス用ダイオード及びキャ
パシタである。これ等の装置は上述の電力降下装置上に
適切なゲート電圧を与え、各装置T25−T38にまた
がって等しい電圧降下を保証する。各ダイオードはドレ
インがゲートに接続された構造によって与えられる。こ
れによって装置のソースの電圧はドレイン電圧以下の閾
値電圧に制限される。これ等のダイオードは従って高電
圧をステップ・ダウンし、装置T18及びT19のゲー
トをバイアスしてこれ等の装置のドレイン・ソース電圧
を許容レベルに制限する。装置T25−T31はT18
のためのダイオード・バイアス回路網を形成する。装[
T37及びキャパシタT38はクランプ回路網を形成し
、電力降下サイクル中に負の容量性結合が生じた場合で
もT19にゲート・ソース駆動力が与えられることを保
証する。 装置T20及びT22のゲートはVdd (+5V)に
よってバイアスされる。このバイアスはこれ等の2つの
装置の破壊を防止するのに十分である。 それはこれ等のドレインがT18もしくはT19のドレ
インよりも低い電圧にあるからである。このバイアス用
回路網は電力降下経路中の任意の電流転送装置のドレイ
ン・ソース電圧を許容レベルに制限する。 装置T81(第4B図)は、20vの増幅器が使用され
ない時にこの増幅器を単に浮動される電力節約機構であ
る。LNLとラベルの付された線(第4図)はセーブ・
サイクルの開始時にスイッチされたキャパシタをリセッ
トする、カウンタの出力である。 第5図では電力節約機構は装置T40.T41及びT3
9によって与えられる。第5図の回路はキャパシタT4
のゲートを接地し、夫々キャパシタT2及びT3にまた
がる制御ゲート電位を効果的に分圧することによって+
9Vをセンスする。 セーブ・サイクル中は、キパシタT4がキパシタ積層体
に含まれ、任意の1個のキャパシタにまたがる高過ぎる
電圧即ちセンス増幅器への入力から生ずる破壊を防止す
る。X9はタイマ1”’(第3図)から与えられセンス
9回路のスイッチされたコンデンサを定期的にリセット
するリセット信号である。 E6低電圧センス回路 第10図は低電圧センス回路の概略図を示す。 低電圧センス回路は制御ゲートをモニタし、ゲット・サ
イクルが開始した後に制御ゲートが大地電位の閾値内に
ある時に信号Gセンスを送出す、この回路はFET装置
1T18.T19、T20、T21並びに制御信号セー
ブ1、セーブ2及びゲット2によって制御(即ちターン
・オン及びターン・オフ)される。回路をアクチベート
するためには。 セーブ1、セーブ2もしくはゲット2は5vにされる。 制御ゲートがその最大レベルにある時は、ダイオードT
l−Tl0はTl1−T14のためのバイアスを与え、
どの1つの装置にも10v以上の電圧がかからないよう
にする。この結果、スナップバック及び維持電圧の使用
が避けられる。 各ダイオードはエンハンスメント・モード装置から形成
される。バイアスは各エンハンスメント装置の閾値電圧
に依存する。 装置Tl1−T14及びT23は制御ゲートとセンス・
ノードに間に電流経路を与える。センス・ノードには装
置24によってVddの上のデプレッション閾値にクラ
ンプされる。制御ゲートがこのクランプ電圧以下に降下
すると、ノードにはトラックし、装置i!T25及びT
26によって形成された反転器を略1vでスイッチする
0反転器のスイッチ点は夫々装置i!T25及び26の
幅対長さ比を制御することによって厳密に制御できる。 装置T25及びT26によって形成される反転器は低い
スイッチ点を有し、Gセンス信号のために比較的高速の
立上り時間を与えることが望ましい。しかしながらスイ
ッチ点が低いと通常Gセンス信号のための立上り時間が
比較的遅くなり、又この逆のことも成立つ、これ等の2
つの矛盾する規準はGセンス線上の負荷を制限すること
によって制御される。 デプレッション装置i!T23及びT24のゲートはV
ddに結合され、最大の電流の流れが保証される。この
構成又ノードKttVd dの上のデプレッション閾値
にクランプし、装ff1iT26を破壊から防止する。 装fiT27のソース及びドレインは互いに接続されて
いてノードJと大地電位間にコンデンサを形成する。こ
のコンデンサは容量的に結合されたノードJとノードN
間のブートストラッピングを防止し、ノードJが高電圧
レベルに上昇するのを防止する。装置T22は制御ゲー
トが20Vレベルに上昇する前にノードにの電圧を装置
の閾値電圧以上に保持する。装置T22は制御ゲートが
+9V以上になる迄、ノードKがT26をオン状態に保
持する程十分高くチャージされないために必要である。 大地電位センス回路はノードYがその上昇レベルにある
時にデスエーブルされる。 Eフィンターフェイス論理回路 第11図はインターフェイス論理回路28′(第3回)
の論理図を示す。インターフェイス論理回路は信号論理
20、センス、論理9及び最後にILCGを発生する。 論理9もしくは論理20は正常とラベルの付された信号
とともに、ILCGを発生し、I LCGオツシレータ
を制御し、オツシレータがチャージ・ポンプを駆動する
。このインターフェイス論理回路はラッチ36、NAN
Dゲート38−42、NORゲート44、ANDゲート
46並びに反転器48及び5oを含む。論理20とラベ
ルの付された線上の信号はセーブ1及び5A20とラベ
ルの付された線上の信号が高く、セーブ2が低い時に高
くなる。セーブ・サイクルの開始時で、信号論理20が
高くなる時に、チャージ・ポンプは+20Vに上昇する
。S A 20は制御ゲートが適切な電圧レベルに到達
した時に降下する。この結果、論理20が降下し、チャ
ージ・ポンプがディスエーブルされる。次にセーブ2が
高レベルになり、セーブ・サイクル中にさらにポンピン
グを阻止する。信号論理20は又電力降下回路網に与え
られる(第9図に関して以下説明される)。センスとラ
ベルの付された線上の信号センスはラッチ36によって
発生される。このラッチは、1lXQ上の信号によって
セットされ、線SAQ上の信号によってリセットされる
。ラッチはセット信号X9によって5vの信号センスを
発生し、X9が降下した後も、成る時間にわたって高レ
ベルを保持する。信号SA9は制御ゲートがその所望の
高圧レベルにある時に担くなる。センス増幅器が制御ゲ
ートをサンプルする唯一の時間は信号センスが高い時に
対応するキャパシタ・リセット信号の直後であることに
注意されたい。 線ゲット2上の信号ゲット2の降下は制御ゲートがゲッ
ト・サイクル中に存在したOvレベルから9vに戻るこ
とを示す。次に線論理9上の信号論理9は信号センスが
高くなるか信号ゲット2が降下する時に発生する。これ
によってILCGが高くなりチャージ・ポンプを正常動
作中にOvレベルを+9vにポンプする。論理9もしく
は論理20及び正常が真の時にI LCGが高くなる。 信号正規が低い時は論理9もしくは論理20が高い時で
もチャージ・ポンプがディスエーブルされる。 論理9及び論理20は同じ時間に真になることはない。 E8ゲット25/セーブ3論理回路 第12図はゲット25/セーブ3論理回路の概念図であ
る。この論理装置はラッチ52.54、AND回路56
及びOR回路58より成る。ゲット25/セーブ3論理
回路の機能はゲット25、セーブ3及びGESA3信号
を発生することである。 第3図を参照すると、ゲット25はリセット遅延センス
回路に及び外部のゲット2信号とともに。 タイマに送られている。ゲット2及びゲット25は組合
した時に全ゲット・サイクルになる。同じようにセーブ
1及びセーブ3は組合して全セーブ・サイクルになる。 ゲット25もしくはセーブ3のいずれかが高くなるとG
ESA3が高くなる。 ゲット25がゲラl−25/セーブ3論理回路によって
発生される信号である。この信号の立上り縁は制御ゲー
トが大地電位に引寄せられ、その立下り縁は制御ゲート
がゲット・サイクルの終りに+9Vにポンプ・バックさ
れたことを示す。第12図を参照するに、ゲット25は
Gセンス及びゲット2によって高レベルにラッチされる
。Gセンスが降下しても、ゲット25はSA9の立下り
縁によってリセットされる迄+5vに保持される。 ゲット25はSA9が降下して制御ゲートが+9Vに回
復したことを示す時に降下する。 セーブ3は立上り縁によってセーブ1のアップ・レベル
が受取られたこと、その立下り縁によって制御ゲートが
セーブ・サイクルの終りに+9■の動作レベルに成功裡
に電力が降下したことを示す。 セーブ3はRAMプレーンと通信するために発生される
。セーブ3はセーブ1が高い時に、ラッチ52によって
発生される。セーブ3は制御ゲートが再び+9v動作レ
ベルにあることを示して9センスが高くなる時に低レベ
ルに引寄せられる。GESA3はセーブ3もしくはゲッ
ト25が高くなる時にのみ高くなり、RAMプレーンに
よって使用される。セーブ3及びゲット25は同時に真
になることはない。 E9オーバ/アンダ電圧検出回路 第13図はオーバ電圧/アンダミ圧検出回路のための回
路図を示す。この回路は供給電圧源Vddをモニタし、
この電圧が予定のレベルの上もしくは下にある時に信号
正常を出力する。この本発明の好ましい実施例では、こ
のレベルは5Vである。この回路はFET装置Tl−T
’7から形成されたアンダミ圧検出回路、FET装置T
8−T14から形成されたオーバ電圧検出回路及び装置
T15−T21から形成された積分論理回路より成る。 電源のアンダミ圧条件を検出して、チップ機能を通常の
ように遮断する必要がある。持久型のセーブ動作中にこ
の条件が生ずると、制御ゲートを低レベルにして、セル
に誤りデータを書込むのを防止しなければならない。同
じように、供給電源の電圧が所定のレベルの上にある時
もセンスして、成る回路をディスエイプルし、接合の破
壊及び破局的な故障を防止しなければならない。このこ
とは通常接合破壊電圧の丁度下の電圧に迄押上げられて
いるブートストラップされたノードを含む任意の回路に
とって必要である。オーバ電圧検出回路及びアンダミ圧
検出回路が組合されて、電源が正常な動作範囲内にある
時は高く、Vddが高過ぎるか、低過ぎる時に低くなる
正常信号を発生する。 アンダミ圧検出回路のデプレッション・モード装置T1
及びT2によってセットされるスイッチング・レベル並
びにオーバ電圧回路のT8及びT9によってセットされ
るシスイツチング・レベルを除き、検出回路の動作は同
じである。従って、オーバ電圧の動作は同じである。従
ってアンダミ圧検出回路の動作のみを説明する。オーバ
電圧検出回路は同じように動作することを理解されたい
。 この点に関して、デプレッション・モード装置T8及び
T9 (オーバ電圧検出回路)はデプレッション・モー
ド装[T1及びT2(アンダミ圧検出回路)と同じよう
に動作する。同じように、装置Tl01Tll及びT1
2(オーバ電圧検出回路)は装置T3、T4及びT5(
アンダミ圧検出回路)と同じ機能を遂行する。最後に、
装置T13及びT14(オーバ電圧検出回路)は装置T
6及びT7(オーバ電圧検出回路)と同じ機能を遂行す
る。 第13図を参照するに、装置T1及びT2は線形領域中
にバイアスされ1分圧器をなしている。Vddが増大す
ると、ノードAが上昇する。ノードAがV4 (T4の
閾値電圧)及びv5の電圧の和以上に上昇する時は、装
[T4はオン状態にスイッチする。ノードCは部分的に
装[T3及びT5の幅対長さの比によって決定される電
圧に上昇する。ノードBがエンハンスメント閾値以下に
降下すると、装[T7がオフにスイッチして、出力N低
が上昇し、Vddが装WITl及びT2によって形成さ
れる分圧器回路網によって決定されるレベルの上にある
ことを示す。従ってアンダミ圧検出回路の実際のスイッ
チ点は装[T1及びT2によってセットされるレベルと
そのv5に対する関係によって決定される。閾値電圧の
変動の影響は装置の寸法の選択によってかなり無視でき
るようにできる。装置T1、T2及びT5の閾値はトラ
ックする。従って■2が高くなるとv5が高くなり、v
2が低くなるとv5は低くなる。v2及び■5のこのト
ラッキングは閾値電圧の変動を補償し、一定のスイッチ
点を保持する。これによって非常に正確なオーバ電圧も
しくはオーバ電圧センス・レベルを与える。 EIO電力降下回路網 電力降下回路網が制御ゲートを放電する。制御ゲートは
セーブ動作の後に+20Vから+9vに放電するか、ゲ
ット動作の開始時は+9vから大地電位に放電される。 しかしながら、オーバ電圧もしくはアンダミ圧検出によ
って判明するように、正常の動作が失われると、電力降
下回路が電力降下制御回路によってイネーブルされる。 電力降下回路は制御ゲートの電圧レベルが略+9Vに達
した時に、9センス(第3図)とラベルの付された9v
センス信号を発生して電力降下経路をディスエイプルす
る。9センスの上昇はゲット25/セーブ3論理回路に
よって使用され、ラッチをリセットして、セーブ3を低
レベルにし、セーブ・サイクルの終りを示す。 第9図(A、B、C)を参照すると、多くの装置が適切
なバイアスを与える一連のダイオードとともに放電経路
に使用されている。キャパシタは装置48及び55のゲ
ート上が使用され、制御ゲートの放電時のネガティブな
ブートストラップ効果を押えている。正常な動作中に、
制御ゲートは線セーブ1上の信号セーブ1及び線論理2
0上の信号論理20が上昇する時に20Vにポンプされ
る。9vセンス回路は一連のダイオードTl−T5、T
7−TIO,T12−T24.T16−T17、T19
及びデプレッション装置i!!T11.、T15及びT
18をバイアスするのに使用されるTIA−T14Aよ
り成る。これ等のダイオードは装置T25のゲートを予
定のレベルに充電する。 セーブ中は、信号セーブ2は信号論理20が降下する時
に高レベルにラッチされる。このラッチは装置T32−
T37より成る。セーブ1が降下する時Pdo%inが
高レベルに進む。Pdoνnが高くなると、大地への経
路が完成し、制御ゲートを放電する。 一度制御ゲートが略9vになると、装[T25のゲート
が放電し、ノード9センスUがその上昇レベルに進む、
これと同時に装置T32−T37によって形成されたラ
ッチは9センスをラッチする。 これによってPセンスがPdownを低レベルに引下げ
、電力降下回路をディスエイプルし、制御ゲートを9v
レベルに残す。ゲット・サイクルの開始時に、信号ゲッ
ト2はノードPdownを高くする。 従って電力降下回路は制御ゲートを接地する。ノードP
doυnは信号ゲット2が低くなった時に低くなり、制
御ゲートを9vにボン、プ・バンクする。 上述のオーバ電圧/アンダミ圧検出回路は正常な電圧範
囲で信号N低及び高を降下させる。もし信号N低が低く
なると、信号Pdownがイネーブルされる。P低とラ
ベルされた装[T58(第9B図)はアンダミ圧の時は
キャパシタT60及びT62によってチャージをトラッ
プすることにより高レベルに保持される。もしVddが
6.5v以上になると、信号高はその真状態になる。信
号高は装置T76−T79から形成されたNANDゲー
トへの入力である。信号Pdownは信号論理20及び
信号高が真の時にのみオーバ電圧状態にイネーブルされ
る。この状態は制御ゲートが依然+20v以上にある、
セーブ・サイクルの開始時にだけ生ずる。制御ゲートは
Vddが+6.5vの上に進むと直ちに電力が降下して
、セーブ動作を打ち切る。電力降下回路網はオーバ電圧
/アンダミ圧検出回路によって制御されて信号N低が高
くなり、信号高が低状態になった時にだけ正常の動作に
もどる。 Ellカウンタ回路 第8A図及び第8B図は夫々カウンタ2”’(第3図)
の回路図及びタイミング図を示す。カウンタ回路の機能
はリセット・パルスLNL (第3図及び第8図)を発
生することにある。このパルスは上述の20Vセンス増
幅器(第3図)の 前に存在するキャパシタをリセット
するのに使用される。このパルスは2つのオツシレータ
・パルスから形成される。カウンタは次の装置から形成
される3つのラッチより成る。 ラッチ1:T1−T8、Tll、T28ラッチ2:T1
4−T20 ラッチ3:T21−T27 カウンタの状態はオツシレータに依存する。さらにオツ
シレータは信号セーブ1の上昇によってアクティベート
される。 第8A図及び第8B図で、ノードLNL、カウント1及
びTOLが装置Tll、T20及びT27によって非持
久動作中は低レベルに保持される。 オツシレータの出力ノード(OSC)はノードがインア
クティブの時に高レベルで浮動するようになっている。 信号セーブ1が上昇すると、装置T1がイネーブルされ
、3つのラッチを初期状態に保持している装置を遮断す
る。オツシレータの出力の立下り縁は信号08CNを上
昇させる。この結果、装置T2がオンに転じ、装置!T
3のソース電極を接地レベルにし、LNLを高レベルに
する。 線カウント1及びTOL上の信号は低レベルに留まる。 オツシレータの出力の次の立上り縁で装置T14及びT
15を通る電流経路が確立される。 この結果、カウントNとラベルの付されたノードが接地
され、ノード、カウント1が上昇する。次にオツシレー
タの出力が降下すると装置T21及びT22を通る電流
経路を確立する。従ってオツシレータが再び高くなると
、装置1iT7及びT8を通る電流経路が線LNLを低
レベルにして、キャパシタのリセット動作を終る。 E12リセット遅延センス回路 第7図はリセット遅延センス回路(第3図)の回路図を
示す。この回路の目的はセンス増幅器がリセット時間の
大部分を無視できるようにすることにある。9Vセンス
増幅器列は一時的な誤り指令を与えて、センス増幅器の
入力が接地されて以来のスイッチ・キャパシタのリセッ
ト中にポンピングを与える。スキップ信号がラッチによ
って発生され、オツシレータが+9vレベルにポンプす
る電力アップ中にリセット遅延センス(RDS)信号を
ディアクチベートする。X9(第7図)とラベルの付さ
れたスイッチ付きキャパシタ・リセット信号はTl−T
3のダイオード・スイッチT1及びT3をドレインし、
この間に線9XO上の信号が降下する。これによって装
[C7の入力を低くし、これによって装置T6は装置T
12のゲートでもあるそのソースをチャージ・アップす
る。 続いて、装置T14のゲートが降下し、装置T17のゲ
ートも降下する。この結果RDSが高くなる。X9が落
下した後、9XOが完全に再チャージされる前にかなり
の遅延があることに注意されたい、装置T7−T9は差
動増幅器を形成し、信号9XOが略+7.5vになった
時に出力が状態を変えるようにバイアスされている。装
置T19−T30はラッチ回路を形成し、このラッチ回
路は強くバイアスされていて、予定の状態にパワー・ア
ップする。このラッチは制御ゲートが+9vにポンプさ
れたことをセンス増幅器が示した後にだけ状態に変化す
る。このラッチの出力は信号ゲット25とORされてス
キップ信号を与える。パワーアップ後はスキップ信号は
ゲット25が高くなったのみに高くなる。これによって
制御ゲートが大地電位にあるか、ゲット・サイクルの終
りに上昇レベルに戻る途中の信号RDSが降下的に無視
される。 E13タイマ回路 第6図はタイマ1”′(第3図)の回路図である。 この回路は9vセンス増幅器の前 に存在するキャパシ
タをリセットする制御されたリセット・パルスを与える
。上述のようにNVRAMは2つの動作モードを有する
。非持久動作中はNVRAMの制御ゲートは+9vに保
持されなければならない。センス回路はキャパシタ分圧
器回路網によってこの電圧をモニタする。正確なセンス
・レベルを保持するために、タイマ回路は定期的なリセ
ット信号をキャパシタ分圧器回路網を与える。もしリセ
ット・パルスがしばしば存在するか、長ずざる時は、あ
る量のチャージが制御ゲートからドレインされる。他方
、パルスの持続時間はキャパシタをリセットするに十分
で、パルスは制御ゲートからのもれ電流が無視できる程
度にしばしば発生されねばならない、タイマ回路は持久
動作中は装[IT31−T34の1つもしくはそれ以上
によってオフに転ぜられる。結果、ノードTX9は大地
電位に引下げられる。プル・ダウン(引下げ)装置がデ
ィスエーブルされると、ノードTX9が閾値電圧に達す
ると、装置TIOがオンになり、ノードAをしっかりと
大地電位に引下げる。ノードTX9が上昇すると、ノー
ドZOUTが降下し、電流経路が装置T9を通してディ
スエーブルし、ノードF上のチャージを装置T20及び
T22を通して放電する。ノードFが閾値電圧に達する
と。 装置1T25をオフに転じ、ノードLGRFTが上昇し
て、装置T23を通る電流経路をイネーブルする。これ
によってノードFが大地電位に引下げられる。LGRF
Tが上昇した後に、信号RESETが高くなり、TX9
を接地し、ノードAをチャージして、TX9の上昇時間
を終る。ノートAはノードFよりもゆっくり放電し、パ
ルスurJの遅延を上昇時間よりも長くする。ノードX
9はX9が高レベルに保持されているゲット2中を除き
ノードTX9に追従する。ノードX9は制御ゲート回路
のリセットのためのタイマ出力である。 チャージ時間を最大にするために必要な小さなもれ電流
は装置T15及びT20のゲートを閾値電圧のわずか上
にバイアスすることによって発生する。ノードA及びノ
ードF間の放電時間の差は装置T16、T17、T21
及びT22によってセット・アップされるバイアス電圧
の差によって決定される。ノードFは装置T25の閾値
電圧(Vth)近くにバイアスされ、従って短い遅延を
与え、他方ノードAは装置T9のvthのわずか上にバ
イアスされ、長い遅延時間を与える。相対的に長い遅延
は長い装置を使用し、そのVgsをそのvthのわずか
上にすることにより小電流を流すことによって得られる
。IdはVgs−Vthに比例するので、放電サイクル
の終り近くでは、T20もしくはT15を流れる電流は
極めて小さくなる。各電圧が減少すると、電流は指数関
数的に減少する。 E14  動作 NVRAMは非持久及び持久モードで動作する。 持久動作中、RAMプレーンは自由に使用される。 +9Vの電位が制御ゲート上に保持され、制御ゲートの
下に空乏井戸を生ずる。制御ゲーi〜電圧は周期的にサ
ンプルされ、基準レベルと比較される。 もしこの結果が所望の9vよりも小さいと、オツシレー
タ/チャージ・ポンプ・システム26(第3図)がアク
チベートされ、制御ゲート上の電圧を増大する。タイマ
回路1”’(第3図)は通常の持久動作中に走行する。 タイマは9vキャパシタ回路網を定期的にリセットする
。これによって制御ゲート上の正確なモニタ・リングが
可能になる。 タイマは持久動作中はディアクチベートされる。 センス増幅器の入力の接地によって、一時的な誤り指令
が与えられ、+9vスイツチ・キャパシタのリセット中
にポンプする。リセット遅延センス(RDS)28” 
(第3図)がリセット時間の大部分の間中、センス増幅
器を無視せしめ、これによって小さな 出力を与えるR
DS回路中の差動増幅器がバイアスされていて、センス
・ノードが略+5Vになった時に、出力が状態を変える
ようになっている。従って、RDSへの入力が+5v以
下の時は+9vセンス増幅器の出力は無視される。 持久動作中は、RAMプレーンは通常のRAM動作には
使用できない。セーブ・サイクルの開始時に、信号セー
ブ1がインターフェイス論理回路28′(第3図)によ
って受取られ、回路28′はI LCG信号を発生して
チャージ・ポンプオツシレータをオンにする。オツシレ
ータ (第3図)はチャージ・ポンプを+20Vに昇圧
する。これと同時に信号セーブ1はカウンタ2″′をイ
ネーブルし、オツシレータの1.5サイクルをカウント
させ、+20vセンス増幅器の前 のキャパシタ分圧器
回路網をリセットする。次に制御ゲート電圧が20Vに
なると、オツシレータはオフになる。 制御ゲート上の+20Vは浮動ゲートのDEISインジ
ェクタ上に必要な高フィールドを与え、チャージを浮動
ゲートから除去するが、これに加える。このチャージの
転送が非持久メモリ動作を行う。セーブ・サイクルの終
りに、制御ゲートが電力降下回路32によって放電され
、+9Vに保持され、正常な持久動作が回復される。 制御ゲートは電力降下回路によって、ゲラ1−・サイク
ルの開始時にOvに放電される。制御ゲートが完全に放
電された時に低電圧センス回路(第3図)はゲット25
/セーブ3論理回路28′lに(i号を与える。信号ゲ
ット25が高くなり、RAMプレーンによって浮動ゲー
トからデータの検索が可能になる。ゲット25/セーブ
3論理回路は2つの信号ゲット25及びセーブ3を発生
する。 これ等の信号のOR値がRAMプレーンに対して非持久
動作のために必要とされる電圧が発生されつつあること
を示す。ゲット25信号はRDS回路及びタイマにも送
られ、ゲット・サイクルの終りが知らされる。ゲット2
5は制御ゲートが+9Vに戻る迄は高レベルにある。ゲ
ット2が降下すると、ILCGが上昇し、チャージ・ポ
ンプ・オツシレータをオンにして、+9Vセンス増幅器
が制御ゲート上に適切なレベルを検出する迄ポンピング
を行わせる。一度+9Vに達すると、信号SA9がI 
LCG回路中のラッチをリセットし、ILCGが低レベ
ルになり、ポンプをオフにする。 このようにして制御ゲートは持久動作のための+9vレ
ベルに保持される。 オーバ/アンダミ圧検出回路28””(第3図)は電源
Vddが正常な動作範囲にある時に高くなる正常信号を
発生する。Vddが高過ぎるか低過ぎると正常信号は低
くなる。この信号は通常インターフェイス論理回路に送
られ、通常のチャージ・ポンプ動作を行わせる。正常信
号が低くなるとチャージ・ポンプはディスエイプルされ
る。持久セーブ動作の開始時にオーバ電圧が生じると、
セーブが打ち切られ、制御ゲートは電力降下回路によっ
て低くされる。アンダミ圧条件が生じた時は、制御ゲー
トはパワー・ダウンされ、誤データの書込みが防止され
る。 F発明の詳細 な説明したように、本発明に従い、従来よりも効率的な
高電圧発生装置が与えられる。 4、図面の簡単な説明 第1図は本発明に従う改良多重レベル高電圧電力発生シ
ステムのブロック図である。第2図はオン・チップ電圧
発生システムを有する持久メモリ・チップのブロック図
である。第3図は多重レベル高電圧電力発生システムの
詳細なブロック図である。第4図は第4A図及び第4B
図の接続方法を示す図である。第4A図及び第4B図は
20V増幅器列の回路図である。第5図は第5A及び第
5B図の接続方法を示す図である。第5A及び第5B図
は9vセンス増幅器列の回路図である。第6図はタイマ
の回路図である。第7図はリセット遅延センス回路の回
路図である。第8A図及び第8B図は夫々カウンタの回
路図及びタイミング図である。第9図は第9A図、第9
B図及び第9C図の接続方法を示す図である。第9A図
、第9B図及び第9C図は電力降下回路のための回路図
である。第10図は低電圧センス回路の論理図である。 第11図はゲット25/セーブ3論理回路の論理図であ
る。第12図はゲット25/セーブ3論理回路の論理図
である。第13図はオーバ電圧/アンダミ圧検出回路の
回路図である。 10・・・・・・持久セル、12・・・・・・電力シス
テム、16・・・・・・制御論理装置、18・・・・・
・制御ゲート電力システム、20・・・・・・メモリ・
プレート電力システム、26・・・・・・チャージ・ポ
ンプ・システム、28・・・・・・チャージ・ポンプ制
御装置、32・・・・・・電力降下回路。 第1図 1              慎9B図      
1i 第12図 手続補正書彷式) 昭和63年6月6日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 1゜事件の表示 昭和62年 特許類 第159874号2、発明の名称 オン・チップ多重レベル電圧発生装置 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 4、代理人 6、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 明細書第3頁第6行目の[4、図面の簡単な説明」を削
除する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)低電圧電源に接続された少なくとも1つの駆動入
    力及び多重電圧を供給する出力を有するチャージ・ポン
    プ回路と、 (b)上記チャージ・ポンプ回路の出力に接続され、チ
    ャージ・ポンプ回路を制御して選択された電圧レベルを
    出力する選択可能な複数のフィードバック経路と、 (c)上記チャージ・ポンプの駆動入力及び上記フィー
    ドバック経路の各々に接続され、イネーブル信号に応答
    して、選択された電圧レベルに対応するフィードバック
    経路をアクチベートする制御装置を具備する、 オン・チップ多重レベル電圧発生装置。
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