TWI283096B - Constant current circuit and charging pump circuit of ring oscillator - Google Patents

Description

1283096 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種適用於充電幫浦（chargepump) 電路等中利用環形振盈器之反相器之電流源的定電流電 路。 【先前技術】 ^以往，公知的是控制電容器的充電而進行升壓的充電 茗浦並可利用於產生抹除非揮發性記憶體所需之高電壓 中。 例如，在圖1所示的使用CMOS的充電幫浦中，輸入 侧的電源電壓VDD與N通道電晶體（M〇s) 1〇的源極連 f，該N通道電晶體10的汲極連接從另一端供給脈衝電 壓的移位元電容器12。另外，N通道電晶體1〇的汲極與 p通道電晶體(MOS)14的汲極連接，該p通道電晶體14 的源極與電壓保持電容器16連接的同時，還盥輸出端18 連接。 〃 並且，係對電晶體10和電晶體14的閘極供給相同的 脈衝信號。 ^在這種電路中，透過接通電晶體10而切斷電晶體14, 攸而將電壓VDD保持在移位元用電容器12中，在電晶體 切畊、而PMOS14接通的狀態下，通過利用例如僅將移 位几用電容器之電壓轉換為電壓VDD的脈衝電壓，由此， 將2VDD的電壓VDD保持在保持用電容器16中，並將其 輸出。 1422lpif 6 1283096 在這種充電幫浦中，測量輸出電壓，調敕 電壓值而供給的時脈頻率等，可節省電流。疋、輸出 另外，充電幫浦的例子例如專利文獻^ 【專利文獻1】 ° 特開平7 — 298607號公報 但是，在產生用於進行對揮發性記憶體 壓充電幫浦(升壓電路）中，在充電幫浦的動作，的尚電 電源電壓變化恒定的情況下，消耗電流和2=才目對於 電壓幾乎成比例地增加。而且，為了使充電電源 流與電源電壓成比例，進行了在保證最小電的輸出電 保充分改寫所必需的輸出電流的設計。但 變化’所以即使電源電壓高，也是白 ^雷:不土 而消耗了大電源電流。 出大電’攸 【發明内容】 本叙明的目的就是在提供一種^ ^ 幫浦中可減少雜電力。。疋路’其在充電 开ϋίϊΓΐ出—種定電流電路‘’其储多個反相器以環 W ^、’用於產生時脈錢的獅振an中，其特 反相器的権源的特性為：相對於電源電 & ’在低電塵的一侧值士 —古& Γ- 偏大’在回電壓的一側偏小地變化。 /〜、有配置在電源和接地之間與電阻二極體連

串聯連接構成的第一電流路徑，配置在電J 〇之間，、由至少兩個二極體連接之電晶體串聯連接和 14221pif 1283096 比上述第一電流路徑之電阻的電阻值小的電阻串聯連接構 成的第二電流路徑，並形成從上述第一電流路徑之電阻和 電晶體之連接點抽出第二電流路徑的電流，在電源電壓低 且只有第一電流路徑有電流流過時，輸出第一電流路徑的 電流，在電源電壓升高且第二電流路財也有電流流過 時，適當地輸出從第一電流路徑減去第二電流路徑的電流 的電流。 另外，本發明涉及一種充電幫浦電路，其使用從上述 定電流電路的環形振盪器輸出的時脈，進行升壓動作。 ，據本發明，各反相器的定電流源的特性為相對於電 源電壓，在低電壓的—側偏大，在高電壓的—側偏小地變 化由此，在相對低電壓下，可使與電源電壓對應之定電 流增加，在相對低電源電壓下，可使充電幫浦電路能進行 動作。另一方面，在高電壓一側，即使電源電壓上升，定 2流源^電流量的變化也少。如果定電流源的電流量恒 定二則環形振in的振盪頻率與電源t壓纽比。因此， 升壓電路之輸出電流根據電源電壓上升的變化減少，從而 p方止電源電壓高時，白白地輸出大電流，消耗大電源電流。 #為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 圖2表示環形電晶體的構成。在該例中，三個反相器 11、12、13串聯連接為環形，在每個反相器II、12、13的 1422 lpif 1283096 輸出端上分別連接另一端與接地連接的電容器^ C3。並且，反相器C3的輸出為時脈輸出 f2、 給充電幫浦電路。 •樣被提供 另外，在預定設定電流II流過之閘極没極之間被 之N通道電晶體(NMOS)QO的閘極，連接了源極與接地連 接之N通道電晶體Q卜Q2、q3、Q4的問極，這些電晶 體都有電流II流過。電晶體Q2、q3、Q4決定反相器n、 12:13的動作。另外，電晶體Q1之汲極連接閘極汲極之 間被知:路之p通道電晶體Q5的汲極，該電晶體Q5的源極 連接至電源。因此，在該電晶體Q5中有電流〗丨流過。並 且，在该電晶體Q5的閘極上，連接源極與電源連接的p 通這電晶體(PMOS)Q6、Q7、Q8的閘極，從這些電晶體 Q6、Q7、Q8流出的電流被提供給反相器η、J2、13。 ^利用這種電路雖然可以得到預定時脈，但是該時脈會 受到流經電晶體Q〇的設定電流II的影響。 圖3表示決定設定電流Π的電路。電晶體Q〇的;;及極 透過電阻R與電源連接。因此，如果該電源電壓設為 VDD ’則電流ΙΑ為IA=(VDD —Vt)/Rl。另外，Vt是電晶 體Q〇的電壓降（閘極·源極間電壓），R1是電阻R1的電阻 值0 在本實施例中，該電路中在電阻R1和電晶體Q〇的連 接點上連接有另一端與接地連接的N通道電晶體Q9的汲 極。因此，如果在該電晶體Q9中有電流流過，則該電流 雖^/;,L經電阻Ri ’但是不會流經電晶體qo 〇 14221pif 1283096 在電晶體Q10的閘極上連接源極與接地連接，且閘極 汲極之間被短路之N通道電晶體Q9的閘極，電晶體Q1〇 之汲極連接有源極與電源連接之p通道電晶體卩丨丨的汲 極。該電晶體QH的閘極連接源極與電源連接，且閘極汲 極之間被短路之p通道電晶體q12的閘極，該電晶體q12 之>及極透過兩個閘極没極之間被短路之p通道電晶體 Q13、Q14、電阻R2而與接地連接著。 因此’在電晶體Q12、Q13、Q14和電阻R2中流過由 I2=(VDD —3Vt)/R2決定的電流12。而且，Vt是電晶體 Q12、Q13、Q14的電壓降（閘極·源極之間的電壓），R2 是電阻R2的電阻值。並且，在本例中設定r2 = ri · (3/4)。 因此，H=(VDD — 3Vt)/Rl· (3/4)。 並且’ 3亥12流經電晶體Q1 1、Q1 〇、Q9。因此，在將 流經電晶體Q0之電流設為η的情況下，I1==IA — I2，環形 振盛裔的各反相器II、12、13的電流也受到電流12的影響。 在本實施例中，圖4表示電源電壓VDD和電流IA、 II、12的關係。如此，電流IA在電源電壓為Vt或其以上 時產生，電流12在電源電壓VDD為3Vt或其以上時產生。 並且，在電流IA和電流π下相對電源電壓VDD的斜率 不同。因此，電源電壓VDD在Vt〜3 Vt之間時， I1=IA=(VDD —vt)船，在電源電壓VDD為3Vt或其以上 時，即I1=IA — I2，其斜率會變小。 對反相器之間的節點進行充電，直到反相器II、Π、 13的輸出遷移時，充電的電荷量是反相器臨界值(與電源電 14221pif 10 1283096 £成比例)X g卩點電容。由此，如果電流電源恒定，則環形 振盪器的振_率與電_壓献比。在本實施方式中， 雖蚊電流_電流也在高電壓—側上升若干，但是也可 以在南電壓一側恒定。 、因為升壓電路中每個時脈的輸出電流都與電源 電壓大 致成比例，所以透過提供與該電路生賴電源電壓大致成 反_^脈’從而輸出之電流大致恒定。因此，雖然電源 電壓較南’但是也可以防止從升壓電路白白地輸出大電 流，且消耗大的電源電流。 口此在本貝施方式中，電流源如圖4所示，相對於 電源電壓VDD最初以大的斜率上升，之後斜率變小。因 此，即使在電源電壓比較低的時候，也可以維持充電幫浦 的能力，並且可以在電源電壓較高的時候抑制消耗電力， 而使充電幫浦的有效動作成為可能。 另外’在上述關子巾’軸將電阻R2設為電阻幻 的電阻值’並在電阻R2上串聯三個電晶體，但是電 的設定能進行各種變更’另外，電晶體的數量也可以 因此’使各轉性成為可能。進*可以透過另外設置與生 成電流12相同的電路，並透過調整該電路的特性從^ 以進一步隨意變更為整體的電路特徵。 " 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其 限=發明，任何熟纽贿者，在不_本發明之精神 和粑圍内，當可作些許之更動與潤飾’因此本發 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ”邊 14221pif 11 1283096 【圖式簡單說明】 圖1繪示依照本發明一較佳實施例的一種充電幫浦電 路的構成圖。 圖2繪示依照本發明一較佳實施例的一種環形振盪器 的構成圖。 圖3繪示依照本發明一較佳實施例的一種定電流電路 的構成圖。 圖4繪示依照本發明一較佳實施例的一種電源電壓和 定電流之關係圖。 【主要元件符號說明】 C1〜C3 :電容器 Q0〜Q14 :電晶體 Rl、R2 :電阻 14221pif 12

Claims (1)

1. 修1E曰期％年10月 ^96 笫931挪染號中飯本 31臼 I Up修(更)正街， w - . .*. . . ^f- .—Γ-. _ι.υ〇ιτ~Μ·.」Μ_._ — iffr—··1*·" · . —----- 十、申請專利範圍·· 、1 一種定電流電路，係將多個反相器遑接為譬狀 遍用於產生時脈信號之一環形振盪器，其特徵在:包括且 配置在電源和接地之間，由電阻和二極體連 ^ 雙串聯連接而構成的一第一電流路徑； 電曰曰 ^配置在電源和接地之間，由至少兩個二極體連接之$、 晶體串聯連接和比該第一電流路徑之電阻的電阻值還 重阻的串聯連接構成的一第二電流路徑， 通'、的 該定電流電路形成為自該第-電流路㈣電阻和電晶 硬的連接點抽出該第二電流路徑的電流， ^該電源電壓低且只有該第—電流路後有電流流過 輪出該第-電流路徑的電流，在該電源電壓升高且該 流^中也有電流流過時，輪出該第—電流路徑減 W邊弟二電流路徑之電流後的電流， 使每-反相器之電流源的特性為相對於 在低電壓-侧偏大，在高電壓—側偏小地變化/、 知2: 圍第1項所述之定電流電路，其特徵 I哭，，Ϊ容』:二出分別連接另-端接地的多數個電 二Ϊ為節點電容，以便對各該反相器間的 ㈣進灯充电，直到各該反相器的輪出遷移。 3· —種充電幫浦電路，包括·· 一升壓電路；以及 特徵:二ΪΪΠ:用以提供一定電流給該升壓電路，其 4寸欲在於使用如μ專利個第丨項所述之該定電流電路 14221pif 13 1283096,-----丨 j年月曰修(更)正替換頁丨 之該環形振盪器輸出的時脈，進行升壓動作。 14221pif 14