DE69532071T2

DE69532071T2 - Aufwärtswandlerschaltung

Info

Publication number: DE69532071T2
Application number: DE69532071T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Matsushita
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: KR100342596B1; US6297690B1; EP0727869A4; EP0727869A1; KR960706219A; JP3102833B2; DE69532071D1; TW297967B; WO1996008070A1; US6225853B1; JPH0880033A; US5877650A; EP0727869B1

Description

Ein dynamischer Direktzugriffsspeicher oder ähnliches benötigt ein Vergrößern oder ein Erhöhen einer Quellenspannung unter Verwendung seiner inneren Schaltung. Zum zuverlässigen Lesen von Daten, die beispielsweise in eine Speicherzelle geschrieben sind, muss eine Wortleitung erhöht werden. Mit einer Änderung der Quellenspannung von einer Spannung von 5 V zu einer niedrigen Quellenspannung von 3,3 V muss die Quellenspannung durch die innere Schaltung erhöht werden. Eine Spannungserhöhungsschaltung wird zum Behandeln eines solchen Falls verwendet. Die Spannungserhöhungsschaltung erzeugt eine Spannung (die hierin nachfolgend "erhöhte Spannung" genannt wird), die höher als die Quellenspannung ist, basierend auf der Quellenspannung.
Die Spannungserhöhungsschaltung erfordert nun ein Erzeugen einer erhöhten Spannung, die selbst bei einer Reduzierung bezüglich einer Quellenspannung stabil ist. Weiterhin gibt es bei der Spannungserhöhungsschaltung zum Erzeugen der erhöhten Spannung, die gegenüber der Reduzierung bezüglich einer Quellenspannung stabil ist, die Tendenz, dass die Komplexität größer wird. Eine Spannungserhöhungsschaltung, die bezüglich einer Schaltungskonfiguration einfach ist, ist auch zum Reduzieren eines Chipbereichs erforderlich.
US-A-3,949,047 offenbart eine MOS-DC-Spannungserhöhungsschaltung, die eine nach oben gestufte DC-Spannung von einer Versorgungsspannung mit niedrigerer Größe und einem periodischen Eingangssignal erzeugt. Die Schaltung enthält eine Feldeffekttransistor-Lastvorrichtung, die mit einem Versorgungsspannungsleiter und einem Kondensator gekoppelt ist. Aus der Verbindung zwischen dem Last-Feldeffekttransistor und dem Kondensator ergibt sich ein Feldeffekttransistor in Diodenschaltung, von welchem der Sourceanschluss an einen Ausgangsknoten angeschlossen ist. Die Spannungserhöhungsschaltung weist auch eine Spannungsregelungsschaltung auf, die die Spannung am Ausgangsknoten begrenzt.
DE 26 32 199 beschreibt einen integrierbaren Spannungsvervielfacher mit FET-Stufen in Kaskaden- bzw. Reihenschaltung, die jeweils die Versorgung für die nächste Stufe liefern und die jeweils kreuzgekoppelte FETs enthalten. Die Ausgänge der kreuzgekoppelten FETs sind über zwei Dioden mit einem gemeinsamen Ausgang kombiniert. Die Ausgänge von beiden FETs sind an zwei separate Taktlei tungen über Kondensatoren angeschlossen. Der integrierbare Spannungsvervielfacher enthält auch einen dritten FET, der bezüglich des Drain/Source-Anschlusses parallel zu einem der anderen FETs ist, und dessen Gateanschluss an eine Vorlade-Leiterbahn angeschlossen ist. Die zwei Dioden sind durch zwei FETs gebildet, und die Schaltung bildet eine Stufe des Vervielfachers. Mehrere Stufen sind in Kaskade bzw. Reihe geschaltet, so dass der gemeinsame Ausgang von einer Stufe an die Versorgungs-Leiterbahn der nächsten Stufe angeschlossen ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungserhöhungsschaltung zum Erzeugen einer erhöhten Spannung zu schaffen, die selbst gegenüber einer Reduzierung bezüglich der Quellenspannung stabil ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungserhöhungsschaltung zu schaffen, die bezüglich einer Schaltungskonfiguration einfach ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Spannungserhöhungsschaltung zum Erzeugen einer erhöhten Spannung geschaffen, die höher als eine Quellenspannung ist, und zwar basierend auf der Quellenspannung, welche Spannungserhöhungsschaltung folgendes aufweist:
einen Eingangsanschluss, der in der Lage ist, auf eine erste und zweite Spannung gesetzt zu werden;
einen Ausgangsanschluss;
einen Erhöhungsknoten, der in der Lage ist, auf die erhöhte Spannung gesetzt zu werden;
eine erste Stromleitungsschaltung, um den Ausgangsanschluss und eine Versorgungsspannungsquelle in den Leitungszustand zu versetzen, und zwar in Reaktion auf eine an den Erhöhungsknoten angelegte Spannung;
eine erste Diodenschaltung, die zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Erhöhungsknoten so angeschlossen ist, dass sie bezüglich des Erhöhungsknotens in Vorwärtsrichtung geschaltet ist;
eine erste Kapazitätsschaltung, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss angeschlossen ist, wobei die Kapazitätsschaltung in Reaktion auf die an den Eingangsanschluss angelegte zweite Spannung entladbar ist und basierend auf einer an den Ausgangsanschluss angelegten Spannung in Reaktion darauf, dass die erste Spannung an den Eingangsanschluss angelegt ist, aufladbar ist;
eine zweite Kapazitätsschaltung, die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Erhöhungsknoten angeschlossen ist, wobei die zweite Kapazitätsschaltung in Reaktion auf das Anlegen der ersten Spannung an den Eingangsanschluss entladbar ist und basierend auf der an den Erhöhungsknoten in Reaktion auf das Anlegen der zweiten Spannung an dem Eingangsanschluss aufladbar ist; und
eine Klemmschaltung, die an den Ausgangsanschluss angeschlossen ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses zu erniedrigen, wenn dessen Spannung einen vorbestimmten Spannungswert oder größer erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Spannungserhöhungsschaltung, das ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der in 1 gezeigten Spannungserhöhungsschaltung;
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Spannungserhöhungsschaltung, das ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
4 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben des Betriebs der in 3 gezeigten Spannungserhöhungsschaltung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Hierin nachfolgend werden Spannungserhöhungsschaltungen gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Spannungserhöhungsschaltung 100, das ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die in 1 gezeigte Spannungserhöhungsschaltung 100 weist zwei überkreuz geschaltete Transistoren 110 und 120, zwei MOS-Kondensatoren (die hierin nach folgend "Kondensatoren genannt werden) 130 und 140, zwei Inverter 150 und 160 und eine Steuerschaltung 170 auf.
Die Transistoren 110 und 120 sind jeweils N-Typ-MOS-Transistoren. Beide Drainanschlüsse der Transistoren 110 und 120, die als erste Elektroden dienen, sind jeweils elektrisch an eine Leistungsversorgungsspannung zum Zuführen einer Quellenspannung V_CC zu ihnen angeschlossen. Der Sourceanschluss des Transistors 110, der als zweite Elektrode dient, und der Gateanschluss des Transistors 120, der als Steuerelektrode dient, sind beide elektrisch an einen Knoten 101 angeschlossen. Der Sourceanschluss des Transistors 120, der als zweite Elektrode dient, und der Gateanschluss des Transistors 110, der als Steuerelektrode dient, sind beide elektrisch an einen Ausgangsanschluss V_OUT angeschlossen.
Der Gateanschluss des Kondensators 130, der als erste Elektrode dient, ist elektrisch an den Knoten 101 angeschlossen. Der Gateanschluss des Kondensators 140, der als erste Elektrode dient, ist elektrisch an den Ausgangsanschluss V_OUT angeschlossen.
Der Eingang des Inverters 150 ist elektrisch an einen Eingangsanschluss V_IN angeschlossen, während sein Ausgang elektrisch an den Eingang des Inverters 160 angeschlossen ist. Der Ausgang des Inverters 160 ist elektrisch an den Sourceanschluss und den Drainanschluss des Kondensators 140 angeschlossen, von welchen jeder als zweite Elektrode dient.
Der Eingang der Steuerschaltung 170 ist elektrisch an den Eingangsanschluss V_IN angeschlossen, während ihr Ausgang elektrisch an den Sourceanschluss und den Drainanschluss des Kondensators 130 angeschlossen ist, von welchen jeder als zweite Elektrode dient.
Die Steuerschaltung 170 weist zwei Inverter 171 und 172 und eine NOR-Schaltung 173 auf. Der Eingang des Inverters 171 ist elektrisch an den Eingangsanschluss V_IN angeschlossen, während sein Ausgang elektrisch an den Eingang des Inverters 172 angeschlossen ist. Beide Eingänge der NOR-Schaltung 173 sind jeweils elektrisch an den Ausgang des Inverters 172 und den Eingangsanschluss V_IN angeschlossen. Der Ausgang der NOR-Schaltung 173 ist elektrisch an die zweite Elektrode des Kondensators 130 angeschlossen. Die Inverter 171 und 172 sind bezüglich einer Verzögerungszeit identisch zu den Invertern 150 und 160. Eine durch die NOR-Schaltung 173 verursachte Verzögerungszeit ist identisch oder etwas kürzer als die durch jeden der Inverter 150 und 160 verursachte Verzögerungszeit.
Das bedeutet, dass die Steuerschaltung 170 eine Ausgabe erzeugt, deren Spannungspegel sich von einem niedrigen Spannungspegel (der hierin nachfolgend "L"-Pegel genannt wird) zu einem hohen Spannungspegel (der hierin nachfolgend "H"-Pegel genannt wird) ändert, welche um einen gegebenen Betrag in Bezug auf eine Ausgangsspannung des Inverters 160 verzögert wird, welche sich vom "H"-Pegel zum "L"-Pegel ändert.
Nun wird der Betrieb der Spannungserhöhungsschaltung 100 unter Bezugnahme auf ein in 2 gezeigtes Zeitdiagramm beschrieben, welche Schaltung aufgebaut ist, wie es oben beschrieben ist.
Wenn die Spannungserhöhungsschaltung 100 in ihrem Anfangszustand ist, ist die Spannung am Eingangsanschluss V_IN auf dem "L"-Pegel. Daher wird eine vom Inverter 160 ausgegebene Spannung zum "L"-Pegel gebracht und wird eine von der Steuerschaltung 170 ausgegebene Spannung zum "H"-Pegel gebracht. Folglich wird der Kondensator 130 entladen, um eine Spannung am Knoten 101 zu erhöhen oder zu vergrößern, welcher auf die Quellenspannung V_CC vorgeladen worden ist, bis zu einer Spannung von V_CC + V_t + α (wobei V_t: Schwellenspannung von jedem der Transistoren 110 und 120).
Somit wird deshalb, weil die zur Steuerelektrode des Transistors 120 zugeführte Spannung zu der Spannung von V_CC + V_t + α gebracht wird, der Transistor 120 aktiviert, um die Quellenspannung V_CC zum Ausgangsanschluss V_OUT zuzuführen wie sie ist. Zu dieser Zeit wird der Kondensator 140 basierend auf der Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT geladen. Der Transistor 110 wird deaktiviert, weil die Steuerelektrode und seine erste Elektrode mit der Quellenspannung V_CC versorgt werden und seine zweite Elektrode mit der Spannung von V_CC + V_t + α versorgt wird.
Als nächstes ändert sich die an den Eingangsanschluss V_IN angelegte Spannung vom "L"-Pegel zum "H"-Pegel. Daher wird die vom Inverter 160 ausgegebene Spannung zum "H"-Pegel gebracht und wird die von der Steuerschaltung 170 ausgegebene Spannung zum "L"-Pegel gebracht. Somit wird der Kondensator 130 basierend auf der Spannung am Knoten 101 geladen. Weiterhin wird der Konden sator 140 entladen, um die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT auf die Spannung V_CC + V_t + α zu vergrößern oder zu erhöhen. Zu dieser Zeit wird die Spannung am Knoten 101 auf eine Spannung von kleiner als V_CC – V_t unter der Ladung des Kondensators 130 reduziert. Da jedoch die Steuerelektrode des Transistors 110 mit der erhöhten Spannung des Ausgangsanschlusses V_OUT versorgt wird, wird der Transistor 110 aktiviert. Daher kann die Spannung am Knoten 101 auf bis zu der Quellenspannung V_CC erhöht bzw. angehoben werden.
Als nächstes ändert sich die an den Eingangsanschluss V_IN angelegte Spannung vom "H"-Pegel zum "L"-Pegel. Daher wird die Ausgangsspannung des Inverters 160 zum "L"-Pegel gebracht. Somit wird der Kondensator 140 gemäß der Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT geladen. Aufgrund dieser Ladeoperation wird die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT auf eine Spannung von kleiner als der Quellenspannung V_OUT reduziert. Demgemäß wird der Transistor 110 deaktiviert. Nun ändert sich die von der NOR-Schaltung 173 in der Steuerschaltung 170 ausgegebene Spannung vom "L"-Pegel zum "H"-Pegel, nachdem die zum Eingangsanschluss V_IN eingegebene Spannung durch die Inverter 171 und 172 in der Steuerschaltung 170 verzögert worden ist. Das bedeutet, dass die von der Steuerschaltung 170 ausgegebene Spannung geändert wird, nachdem die Ausgangsspannung des Inverters 160 geändert worden ist. Der Kondensator 130 wird aufgrund der Änderung bezüglich der Ausgangsspannung der Steuerschaltung 170 entladen. Daher wird die Spannung am Knoten 101 auf bis zu der Spannung von V_CC + V_t + α erhöht. Der Transistor 120 wird in Reaktion auf die erhöhte Spannung am Knoten 101 aktiviert. Somit wird die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT auf die Quellenspannung V_CC erhöht. Da zu dieser Zeit die Steuerelektrode und die erste Elektrode des Transistors 110 mit der Quellenspannung V_CC versorgt werden und die zweite Elektrode davon mit der Spannung von V_CC + V_t + α versorgt wird, bleibt der Transistor 110 inaktiv.
Nun ändert das Erniedrigen des Spannungspegels der Ausgangspannung V_OUT durch den Kondensator 140 die Ausgangsspannung der Steuerschaltung 170 nach einer Deaktivierung des Transistors 110. Dadurch kann verhindert werden, dass eine elektrische Ladung entsprechend der erhöhten Spannung am Knoten 101 durch den Transistor 110 in die Quellenspannung V_CC ausbricht.
Wie es oben beschrieben ist, setzt die in 1 gezeigte Spannungserhöhungsschaltung 100 die Spannung am Knoten 101 in Reaktion auf die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT im Voraus auf die Quellenspannung V_CC. Somit kann der Spannungspegel am Knoten 101 selbst im Fall einer niedrigen Quellenspannung, die niedriger als 5 V ist, in ausreichendem Maß sichergestellt werden. Als Ergebnis kann die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT im Voraus auf die Quellenspannung V_CC gesetzt werden. Es ist daher möglich, den Ausgangsanschluss V_OUT zuverlässig auf die erhöhte Spannung zu setzen. Weiterhin ist deshalb, weil die Spannung am Knoten 101 in Reaktion auf die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT im Voraus zu der Quellenspannung V_CC gebracht wird, die Spannungserhöhungsschaltung 100 bezüglich einer Schaltungskonfiguration einfach.
Nun wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Spannungserhöhungsschaltung 200, das das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die in 3 gezeigte Spannungserhöhungsschaltung 200 weist zwei Transistoren 210 und 220, Kondensatoren 230 und 240 entsprechend zwei MOS-Kondensatoren, zwei Inverter 250 und 260 und eine Klemmschaltung 270 auf. Die Transistoren 210 und 220 sind jeweils N-Typ-MOS-Transistoren. Der Drainanschluss des Transistors 210, der als erste Elektrode dient, ist elektrisch an den Gateanschluss davon angeschlossen, der als Steuerelektrode dient. Der Sourceanschluss des Transistors 210, der als zweite Elektrode dient, ist elektrisch an einen Knoten 201 angeschlossen. Das bedeutet, dass der Transistor 210 in der Richtung des Knotens 201 eine in Vorwärtsrichtung geschaltete Diode ist. Die erste Elektrode des Transistors 210 ist auch elektrisch an einen Ausgangsanschluss V_OUT angeschlossen. Der Drainanschluss des Transistors 220, der als erste Elektrode dient, ist elektrisch an eine Leistungsversorgungsspannung zum Zuführen einer Quellenspannung V_OUT angeschlossen. Der Sourceanschluss des Transistors 220, der als zweite Elektrode dient, ist elektrisch an den Ausgangsanschluss V_OUT angeschlossen. Der Gateanschluss des Transistors 220, der als Steuerelektrode dient, ist elektrisch an dem Knoten 201 angeschlossen.
Der Gateanschluss des Kondensators 230, der als erste Elektrode dient, ist elektrisch an den Knoten 201 angeschlossen. Der Gateanschluss des Kondensators 240, der als erste Elektrode dient, ist elektrisch an den Ausgangsanschluss V_OUT angeschlossen.
Der Eingang des Inverters 250 ist elektrisch mit einem Eingangsanschluss V_IN gekoppelt, während sein Ausgang elektrisch an den Sourceanschluss und den Drainanschluss des Kondensators 230 angeschlossen ist; von welchem jeder als zweite Elektrode dient. Der Eingang des Inverters 260 ist elektrisch an die zweite Elektrode des Kodensators 230 angeschlossen, während sein Ausgang elektrisch an den Sourceanschluss und den Drainanschluss des Kondensators 240 angeschlossen ist, von welchen jeder als zweite Elektrode dient.
Die Klemmschaltung 270 ist elektrisch an die erste Elektrode des Transistors 210 angeschlossen. Die Klemmschaltung 270 weist zwei Transistoren 271 und 272 auf. Die Transistoren 271 und 272 sind beide M-Typ-MOS-Transistoren. Der Sourceanschluss des Transistors 271, der als zweite Elektrode dient, ist elektrisch an die Leistungsversorgungsspannung zum Zuführen der Quellenspannung V_CC angeschlossen. Der Drainanschluss des Transistors 271, der als erste Elektrode dient, und sein Gateanschluss, der als Steuerelektrode dient, sind beide elektrisch an den Sourceanschluss des Transistors 272 angeschlossen, der als zweite Elektrode dient. Der Drainanschluss des Transistors 272, der als erste Elektrode dient, und sein Gateanschluss, der als Steuerelektrode dient, sind beide elektrisch an die erste Elektrode des Transistors 210 angeschlossen. Das bedeutet, dass jeder der Transistoren 271 und 272 in der Richtung der Leistungsversorgungsspannung eine in Vorwärtsrichtung geschaltete Diode ist.
Anders ausgedrückt hält die Klemmschaltung 270 die Spannung des Ausgangsanschlusses V_OUT auf einer Spannung, die kleiner als eine vorbestimmte Spannung ist.
Nun wird der Betrieb der Spannungserhöhungsschaltung 200, die aufgebaut ist, wie es oben beschrieben ist, unter Bezugnahme auf ein in 4 gezeigtes Zeitdiagramm beschrieben.
Wenn die Klemmschaltung 200 in ihrem Anfangszustand ist, ist die Spannung am Eingangsanschluss V_IN auf einem "L"-Pegel. Daher ist eine vom Inverter 250 ausgegebene Spannung auf einem "H"-Pegel und ist eine vom Inverter 260 ausgegebene Spannung auf einem "L"-Pegel. Folglich wird der Kondensator 230 zum Vergrößern oder Erhöhen einer Spannung am Knoten 201 entladen, welcher Kondensator auf die Quellenspannung V_CC vorgeladen worden ist, und zwar bis zu einer Spannung von V_CC + V_t + α (wobei V_t: Schwellenspannung des Transistors 220). Somit wird deshalb, weil eine zur Steuerelektrode des Transistors 220 zugeführte Spannung zu der Spannung V_CC + V_t + α gebracht wird, der Transistor 220 aktiviert, um die Quellenspannung V_CC zum Ausgangsanschluss V_OUT zuzuführen, wie sie ist. Zu dieser Zeit wird der Kondensator 240 basierend auf der an den Ausgangsanschluss V_OUT angelegten Spannung geladen. Da die Steuerelektrode und die erste Elektrode des Transistors 210 mit der Quellenspannung V_CC versorgt werden und seine zweite Elektrode mit der Spannung von V_CC + V_t + α versorgt wird, wird der Transistor 210 nicht aktiviert.
Als nächstes ändert sich die Spannung am Eingangsanschluss V_IN vom "L"-Pegel zum "H"-Pegel. Daher wird die Ausgangsspannung des Inverters 250 zum "L"-Pegel geändert und wird die Ausgangsspannung des Inverters 260 zum "H"-Pegel geändert. Somit wird der Kondensator 230 basierend auf der Spannung am Knoten 201 geladen und wird der Kondensator 240 entladen. Aufgrund des Entladens des Kondensators 240 wird die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT auf die Spannung von V_CC + V_t + α erhöht. Weiterhin wird die Spannung am Knoten 201 auf eine Spannung von kleiner als V_CC – V_t aufgrund des Ladens des Kondensators 230 erniedrigt. Jedoch werden die erste Elektrode und die Steuerelektrode des Transistors 210 mit der erhöhten Spannung des Ausgangsanschlusses V_OUT versorgt, so dass der Transistor 210 aktiviert wird. Daher kann die Spannung am Knoten 201 von der Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT auf eine Spannung von V_CC + α erhöht werden, die einer Spannung, reduziert um die Schwellenspannung V_t des Transistors 210, entspricht. Da die Steuerelektrode, die erste Elektrode und die zweite Elektrode des Transistors 220 jeweils mit der Quellenspannung V_CC, der Spannung von V_CC + α und der Spannung von V_CC + V_t + α versorgt werden, wird der Transistor 220 in einen inaktiven Zustand gebracht.
Als nächstes ändert sich die an den Eingangsanschluss V_IN angelegte Spannung vom "H"-Pegel zum "L"-Pegel. Daher wird die Ausgangsspannung des Inverters 250 zum "H"-Pegel geändert und wird die Ausgangsspannung des Inverters 260 zum "L"-Pegel geändert. Somit wird der Kondensator 230 entladen und wird der Kondensator 240 geladen, und zwar gemäß der Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT. Aufgrund der Entladung des Kondensators 230 wird die Spannung am Knoten 201 von der Spannung von V_CC + α zu der Spannung von V_CC + V_t + α erhöht. Weiterhin wird die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT aufgrund des Ladens des Kondensators 240 zu einer Spannung von weniger als V_CC reduziert. Da jedoch die Steuerelektrode des Transistors 220 mit der erhöhten Spannung des Knotens 201 versorgt wird, wird der Transistor 220 aktiviert. Daher kann die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT auf die Quellenspannung V_CC erhöht werden.
Nun wird der Betrieb der Klemmschaltung 200 detailliert beschrieben.
Es soll nun betrachtet werden, dass die erhöhte Spannung des Ausgangsanschlusses V_OUT zu einer Spannung von beispielsweise V_CC + 2 V_t oder darüber gebracht wird. Zu dieser Zeit wird jede von Spannungen V_gs zwischen der Steuerelektrode (dem Gateanschluss) und der ersten Elektrode (dem Sourceanschluss) der Klemmschaltung 271 und zwischen der Steuerelektrode (dem Gateanschluss) und der ersten Elektrode (dem Sourceanschluss) der Klemmschaltung 272 zu der Schwellenspannung V_t oder darüber gebracht. Daher werden die Transistoren 271 und 272 beide aktiviert. Aufgrund der Aktivierung der Transistoren 271 und 272 werden der Ausgangsanschluss V_OUT und die Quellenspannung V_CC elektrisch in einen leitenden Zustand versetzt. Somit erreicht die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT deshalb, weil ein Strom vom Ausgangsanschluss V_OUT zur Quellenspannung Vcc fließt, die Spannung von V_CC + V_t + α, reduziert von der Spannung von V_CC + 2 V_t. Dementsprechend ändert sich auch die Spannung am Knoten 201 von einer Spannung von V_CC + V_t (d. h. V_CC + 2 V_t – V_t) zu einer Spannung von V_CC – α. Da der Transistor 220 zu dieser Zeit in einem deaktivierten Zustand ist, wird verhindert, dass eine elektrische Ladung am Ausgangsanschluss V_OUT in die Quellenspannung V_CC über den Transistor 220 entweicht.
Wie es oben beschrieben ist, setzt die in 3 gezeigte Spannungserhöhungsschaltung 200 die Spannung am Knoten 201 in Reaktion auf die Spannung am Ausgangsanschluss V_OUT im Voraus auf die Quellenspannung V_CC + α. Somit kann der Spannungspegel am Knoten 201 selbst in dem Fall einer niedrigen Quellenspannung, die niedriger als 5 V ist, in ausreichendem Maß sichergestellt werden. Weiterhin kann der Spannungspegel am Knoten 201 von dem Spannungspegel der Quellenspannung V_CC oder darüber erhöht werden. Als Ergebnis kann die Spannung am Knoten 201 im Vergleich mit der in 1 gezeigten Spannungserhöhungsschaltung 100 zuverlässig erhöht werden. Weiterhin ist die Klemmschaltung 270 im Vergleich mit der Steuerschaltung 170 der in 1 gezeigten Spannungserhöhungsschaltung 100 bezüglich einer Schaltungskonfiguration einfach.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele sind oben detailliert beschrieben worden. Jedoch ist die Spannungserhöhungsschaltung der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf die Konfigurationen der zwei Ausführungsbeispiele begrenzt, auf die oben Bezug genommen ist. Verschiedene Änderungen können an ihnen durchgeführt werden. Der in 3 gezeigte Transistor 210 kann beispielsweise eine PN-Übergangsdiode sein. Weiterhin können die in 1 gezeigten Transistoren 110 und 120 und der in 3 gezeigte Transistor 210 Bipolartransistoren sein. Die Schaltungskonfiguration der in 1 gezeigten Steuerschaltung 170 kann eine andere sein, wenn sie auf eine Art betrieben wird, die gleich der Steuerschaltung 170 ist. Die Anzahl von in Reihe geschalteten Invertern 171 und 172 und die Anzahl von in Reihe geschalteten Invertern 150 und 160 können jeweils zwei sein, wenn sie im Gleichgewicht vorgesehen sind. Weiterhin kann die Anzahl der Transistoren in Diodenschaltung in der in 3 gezeigten Klemmschaltung 270 nicht zwei sein. Die Anzahl der Transistoren kann gemäß der oberen Grenze der an den Ausgangsanschluss V_OUT angelegten Spannung eingestellt werden.

Claims

Spannungserhöhungsschaltung (200) zur Erzeugung einer erhöhten Spannung, die höher ist als eine Quellenspannung (Source Voltage), basierend auf einer Quellenspannung, welche aufweist: einen Eingangsanschluss (V_IN), der in der Lage ist, auf eine erste und eine zweite Spannung gesetzt zu werden; einen Ausgangsanschluss (V_OUT); einen Erhöhungsknoten (201), der in der Lage ist, auf die erhöhte Spannung gesetzt zu werden; eine erste Stromleitungsschaltung (220), um den Ausgangsanschluss (V_OUT) und eine Versorgungsspannungsquelle (V_CC) in den Leitungszustand zu versetzen, und zwar in Reaktion auf eine an den Erhöhungsknoten (201) angelegte Spannung; eine erste Diodenschaltung (210), die zwischen dem Ausgangsanschluss (V_OUT) und dem Erhöhungsknoten (201) so angeschlossen ist, dass sie bezüglich des Erhöhungsknotens (201) in Vorwärtsrichtung geschaltet ist; eine erste Kapazitätsschaltung (240), die zwischen dem Eingangsanschluss (V_IN) und dem Ausgangsanschluss (V_OUT) angeschlossen ist, wobei die Kapazitätsschaltung (240) in Reaktion auf die an den Eingangsanschluss (V_IN) angelegte zweite Spannung entladbar ist und basierend auf einer an den Ausgangsanschluss (V_OUT) angelegten Spannung in Reaktion darauf, dass die erste Spannung an den Eingangsanschluss (V_IN) angelegt ist, aufladbar ist; eine zweite Kapazitätsschaltung (230), die zwischen dem Eingangsanschluss und dem Erhöhungsanschluss (201) angeschlossen ist, wobei die zweite Kapazitätsschaltung (230) in Reaktion auf das Anlegen der ersten Spannung an den Eingangsanschluss (V_IN) entladbar ist und basierend auf der an den Erhöhungsknoten (201) in Reaktion auf das Anlegen der zweiten Spannung an den Eingangsanschluss (V_IN) aufladbar ist; und eine Klemmschaltung (270), die an dem Ausgangsanschluss (V_OUT) angeschlossen ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses (V_OUT) zu erniedrigen, wenn dessen Spannung einen vorbestimmten Spannungswert oder größer erreicht.
Spannungserhöhungsschaltung (200) nach Anspruch 1, wobei die erste (240) und die zweite (230) Kapazitätsschaltung jeweils aus MOS-Kondensatoren bestehen.
Spannungserhöhungsschaltung (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Klemmschaltung (270) eine zweite Diodenschaltung (271) aufweist, die mit der Versorgungsspannungsschaltung (V_CC) verbunden ist und bezüglich der Spannungsversorgungsquelle (V_CC) in Vorwärtsrichtung geschalten ist, sowie ferner eine dritte Diodenschaltung (272) aufweist, die zwischen der zweiten Diodenschaltung (271) und dem Ausgangsanschluss (V_OUT) angeschlossen ist und bezüglich der zweiten Diodenschaltung (271) in Vorwärtsrichtung geschalten ist.
Spannungserhöhungsschaltung (200) gemäß Anspruch 3, wobei die erste (210), die zweite (271) und die dritte (272) Diodenschaltung jeweils aus N-MOS-Transistoren aufgebaut sind.
Spannungserhöhungsschaltung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Klemmschaltung (270) aktiviert wird, wenn die Versorgungsspannung der Spannungsquelle (V_CC) größer wird als die Summe der Schwellenspannungen der zweiten (271) und dritten (272) Diodenschaltungen.
Spannungserhöhungsschaltung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche einen ersten Inverter (250) einschließt, der zwischen dem Eingangsanschluss (V_IN) und der ersten Kapazitätsschaltung (240) angeschlossen ist, sowie einen zweiten Inverter (260), der zwischen dem ersten Inverter (250) und der ersten Kapazitätsschaltung (240) angeschlossen ist.