JP2008301631A - Step-up circuit - Google Patents
Step-up circuit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008301631A JP2008301631A JP2007145893A JP2007145893A JP2008301631A JP 2008301631 A JP2008301631 A JP 2008301631A JP 2007145893 A JP2007145893 A JP 2007145893A JP 2007145893 A JP2007145893 A JP 2007145893A JP 2008301631 A JP2008301631 A JP 2008301631A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- booster
- voltage
- circuit
- terminal
- booster circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、昇圧回路に関し、各トランジスタの端子間電位差を緩和し、かつ電荷転送効率を落とさずにセットアップ時間を早くすることができる昇圧回路に関するものである。 The present invention relates to a booster circuit, and more particularly to a booster circuit that can alleviate a potential difference between terminals of transistors and can shorten a setup time without reducing charge transfer efficiency.
近年、不揮発性記憶装置であるフラッシュメモリにおいては、単一電源電圧あるいは低い電源電圧でのデータの読出し、データの書換えが要求されており、各動作を実施する際にオンチップで正の昇圧電圧、あるいは負の昇圧電圧を供給する昇圧回路が必要とされている。また、CMOS不揮発電源ICにおいても昇圧回路で発生された電圧が電源電圧として用いられている。 In recent years, flash memory, which is a non-volatile storage device, has been required to read and rewrite data at a single power supply voltage or a low power supply voltage. When performing each operation, a positive boosted voltage is obtained on-chip. Alternatively, there is a need for a booster circuit that supplies a negative boosted voltage. Also in the CMOS nonvolatile power supply IC, the voltage generated by the booster circuit is used as the power supply voltage.
図10Aは第1の従来例に係る昇圧回路の回路図であり、図10Bは図10Aの昇圧回路におけるクロック波形図である(非特許文献1参照)。 FIG. 10A is a circuit diagram of a booster circuit according to a first conventional example, and FIG. 10B is a clock waveform diagram in the booster circuit of FIG. 10A (see Non-Patent Document 1).
まず、図10Aの構成について述べる。900は2つの異なる位相であるクロック信号CLK1及びCLK2を入力して昇圧動作を行うことで昇圧電圧Vpumpを発生する昇圧回路である。901、902、903、904は、4段1並列の構成例であり、2N+1段目(N≧0)にCLK1が入力され、2N+2段目(N≧0)にはCLK2が入力される昇圧セル、905は昇圧電圧Vpumpの逆流を防止する逆流防止回路、906は電荷転送トランジスタ、907はクロック信号CLK1あるいはCLK2に同期してポンピングされる容量素子、908は逆流防止トランジスタ、909、910、911、912、913は昇圧セル901〜904の入出力端子である。
First, the configuration of FIG. 10A will be described. A
以上のように構成された昇圧回路900について、図10A及び図10Bを用いて回路動作を簡単に説明する。
The circuit operation of the
まず、時刻T1のとき、CLK1が“H”となり、入出力端子910,912の電位が昇圧される。同時に、昇圧セル902及び904の電荷転送トランジスタ906を介して、入出力端子910から911、及び入出力端子912から913へ電荷が転送され、入出力端子911及び913の電位が上昇する。時刻T2の状態になると、CLK2が“H”となり、入出力端子911,913の電位が昇圧される。同時に、昇圧セル903の電荷転送トランジスタ906を介して、入出力端子911から912へ電荷が転送される。同時に、逆流防止回路905を介して、入出力端子913から昇圧回路900の出力端子へ電荷が転送され、出力電圧Vpumpの電位が上昇する。時刻T3の状態になることで時刻T1と同様の動作となる。この従来例では昇圧セル901〜904の昇圧動作直後、電荷を転送することで、電荷転送時間の割合を長く確保することが可能となるとともに、昇圧セル901〜904の電荷転送トランジスタ906の各端子間電圧を2Vdd以下に設定できるメリットがある。
First, at time T1, CLK1 becomes “H”, and the potentials of the input /
図10Cは、図10A中の各容量素子907の端子電圧を示す図である。第1の従来例は、図10Cに示すように、CLK1又はCLK2と昇圧セルの入出力端子との間に接続されて昇圧される容量素子907の端子間電圧が後段になるほど大きく、高耐圧系のトランジスタによる構成が必要となり、面積が増大する。
FIG. 10C is a diagram illustrating a terminal voltage of each
図11(a)〜図11(d)は、図10Aのような容量並列型昇圧回路のセットアップ過程を示す図である。ここでは、各端子がVdd以下の電圧とならないよう設定したものと仮定している。 FIG. 11A to FIG. 11D are diagrams showing a setup process of the capacitor parallel type booster circuit as shown in FIG. 10A. Here, it is assumed that each terminal is set not to have a voltage equal to or lower than Vdd.
容量並列型昇圧回路では、図11(a)〜図11(d)に示すとおり、昇圧回路の出力電圧Vpumpをセットアップする際、初段の昇圧セルから順次、次段の昇圧セルに電荷を転送する構成であるため、セットアップ時間が昇圧セルの段数に依存し、高い電圧を出力する際にはセットアップ時間が長くなる。 In the capacity parallel type booster circuit, as shown in FIGS. 11A to 11D, when setting up the output voltage Vpump of the booster circuit, charges are transferred sequentially from the first booster cell to the next booster cell. Due to the configuration, the setup time depends on the number of stages of the booster cells, and the setup time becomes long when a high voltage is output.
図12Aは第2の従来例に係る昇圧回路の回路図であり、図12Bは図12Aの昇圧回路におけるクロック波形図である(特許文献1及び2参照)。
FIG. 12A is a circuit diagram of a booster circuit according to a second conventional example, and FIG. 12B is a clock waveform diagram in the booster circuit of FIG. 12A (see
まず、図12Aの構成について述べる。920はCLK1、CLK2、CLK3を入力して昇圧動作を行うことで昇圧電圧Vpumpを発生する昇圧回路である。921、922、923は3段1並列の昇圧セルの構成例であり、924は昇圧電圧Vpumpの逆流を防止する逆流防止回路、925、926、927、928は昇圧セル921〜923の入出力端子、929は容量素子、930は容量素子929の端子、931は容量素子929の1端子である昇圧セルの入出力端子926〜928を第1の電圧である電源電圧Vddに設定するスイッチ手段として用いられる第1の電圧供給トランジスタ、932は容量素子929の端子930を第2の電位である接地電圧Vssに設定するスイッチ手段として用いられる第2の電圧供給トランジスタ、933は前段の昇圧セルの容量素子929から後段の昇圧セルの容量素子929へ電荷を転送するスイッチ手段として用いられる電荷転送トランジスタ、934は逆流防止トランジスタである。
First, the configuration of FIG. 12A will be described. A
なお、CLK1は電圧Vbt(Vdd+α:αは任意)とVssとの間で振幅するクロック信号、CLK2はVddとVssとの間で振幅するクロック信号、CLK3はVddとVssとの間で振幅するクロック信号である。 CLK1 is a clock signal that oscillates between the voltage Vbt (Vdd + α: α is arbitrary) and Vss, CLK2 is a clock signal that oscillates between Vdd and Vss, and CLK3 is a clock that oscillates between Vdd and Vss. Signal.
以上のように構成された昇圧回路920について、図12A及び図12Bを用いて回路動作を簡単に説明する。
The circuit operation of the
まず、時刻T1では、CLK1とCLK2が“H”となり、昇圧セル921〜923の第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932とが導通状態となる。これにより、昇圧セル921〜923の容量素子929には、
電荷Qp=Cm・(Vdd−Vss)
が蓄積される。ここに、Cmは容量素子929の容量である。
First, at time T1, CLK1 and CLK2 are set to “H”, and the first
Charge Qp = Cm · (Vdd−Vss)
Is accumulated. Here, Cm is the capacitance of the
時刻T2の状態になり、CLK1、CLK2が“L”、CLK3も“L”となることで、昇圧セル921〜923の第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932とが非導通状態となり、かつ電荷転送トランジスタ933が導通状態となる。これにより、昇圧セル921〜923の容量素子929が電荷転送トランジスタ933を介して直列接続されることで、入出力端子928には3・Vdd+Vdd(理想的には昇圧セルの段数分と初段の入力電圧)の電圧が発生する。したがって、昇圧回路920の出力端子には逆流防止トランジスタ934での閾値分Vtを差し引いたVpump=(N+1)Vdd−Vt(N:昇圧セルの段数)の電圧が発生する。
At the time T2, the first
第2の従来例によれば、図12BのPhase1の期間で、各昇圧セルの容量素子929を並列にして電荷を蓄積し、Phase2の期間で各昇圧セルの容量素子929を直列にして電圧を発生するため、昇圧セル段数が増加することによるセットアップ時間の増大がなく、セットアップの高速化が可能である。
According to the second conventional example, during the
図13Aは、図12A中の各容量素子929の端子電圧を示す図である。第2の従来例では、図13Aに示すように、容量素子929の端子間電位差をVdd以下に設定できるため、低耐圧系の容量素子を使用することが可能であり、レイアウト面積を削減することができる。
FIG. 13A is a diagram showing a terminal voltage of each
図13Bは、図12A中の各電荷転送トランジスタ933の端子電圧を示す図である。第2の従来例は、図13Bに示すように、各昇圧セルに備えられた電荷転送トランジスタ933が導通状態(Phase2)のとき、ゲート・チャネル間の電位差が大きく、電荷転送トランジスタ933の特性が劣化する課題があった。
FIG. 13B is a diagram showing the terminal voltage of each
図13Cは図12A中の各第1の電圧供給トランジスタ931の端子電圧を示す図であり、図13Dは図12A中の各第2の電圧供給トランジスタ932の端子電圧を示す図である。第2の従来例は、図13C及び図13Dに示すように、各昇圧セルに備えられた容量素子929をVddに設定する第1の電圧供給トランジスタ931及びVssに設定する第2の電圧供給トランジスタ932が非導通状態(Phase2)から導通状態(Phase1)に遷移する際、ソース・ドレイン間の電位差が大きく、サステイン耐圧マージンに関する懸念があった。更に、昇圧素子929をVddに設定する第1の電圧供給トランジスタ931を導通状態にするために、Vddより高い電圧(Vbt)を発生しなければならず、レイアウト面積を増大させていた。
13C is a diagram showing the terminal voltage of each first
図14Aは第3の従来例に係る昇圧回路の回路図であり、図14Bは図14Aの昇圧回路におけるクロック波形図である(非特許文献2参照)。 14A is a circuit diagram of a booster circuit according to a third conventional example, and FIG. 14B is a clock waveform diagram in the booster circuit of FIG. 14A (see Non-Patent Document 2).
図14Aにおいて、922a、922bは第2の従来例の922と同じであり、923a、923bは第2の従来例の923と同じである。また、第1及び第2の従来例と同一記号のものは、同じ構成を示す。 In FIG. 14A, 922a and 922b are the same as 922 of the second conventional example, and 923a and 923b are the same as 923 of the second conventional example. The same symbols as those of the first and second conventional examples show the same configuration.
第3の従来例の変更点と改善点を、第2の従来例を元にして示すと、第3の従来例は、第2の従来例に対して、逆相のクロックで動作する昇圧セルを追加し、2並列の昇圧セルを1セットとし、相対する同じ段数の昇圧セルの出力側の入出力端子を当該昇圧セルの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートに入力することで、Vdd以上の電圧とVssとの間で振幅するCLK1を不要としている。更に、逆流防止回路944も逆相のクロックで動作する逆流防止セル950a,950bを1セットとし、サブ逆流防止トランジスタ952を介して逆流防止トランジスタ951のゲートを昇圧回路940の出力電圧Vpumpに充電した後、サブ容量素子954の入力クロックを“H”から“L”へ遷移させることで逆流防止トランジスタ951を導通状態にする。これにより、昇圧回路940の出力電圧Vpumpが逆流防止回路944の閾値電圧Vtによって低下することを抑制することができる。
第3の従来例は、第2の従来例と同じく、電荷転送トランジスタの特性劣化、及び昇圧容量をVdd、あるいはVssに設定するトランジスタのサステイン耐圧マージンに関する懸念があった。更に、逆流防止回路にも課題があった。 As in the second conventional example, the third conventional example has concerns about the deterioration of the characteristics of the charge transfer transistor and the sustain breakdown voltage margin of the transistor whose boosting capacitance is set to Vdd or Vss. Furthermore, there was a problem with the backflow prevention circuit.
図14Cは、図14A中の各昇圧セル及び逆流防止回路950a,950bにおける端子電圧の遷移を示す図である。第3の従来例は、図14Cに示すように、時刻T1で昇圧動作を開始する場合(昇圧側)、逆流防止回路944(950a,950b)において、昇圧動作開始とほぼ同時に当該逆流防止回路944の制御も行われるため、時刻Taに見られるように、最終段の昇圧セルの入出力端子948a,948bが十分に昇圧されていないにもかかわらず、逆流防止トランジスタ951が導通状態となる可能性がある。これによって、昇圧回路940の出力端子から最終段の昇圧セル943に電荷が逆流した後、時刻Tbにて再び最終段の昇圧セル943が昇圧されることで昇圧回路940の出力端子に電荷が転送される動作となり、出力電圧Vpumpのリップルが大きくなる懸念があった。
FIG. 14C is a diagram showing transition of terminal voltages in each booster cell and
上記目的を達成するため、請求項1の発明によれば、各々入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に接続された第1のスイッチ手段及び第1の容量素子とを有する昇圧セルを複数段備えた昇圧回路において、前記複数段の昇圧セルのうち少なくとも1つの昇圧セルの前記第1のスイッチ手段は、当該昇圧セルより1つ以上前段の昇圧セルの前記入力端子の電圧に応じて制御されることとする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, each of the input terminal, the output terminal, and the first switch means and the first capacitive element connected between the input terminal and the output terminal. The first switch means of at least one boosting cell of the plurality of boosting cells includes the input of one or more boosting cells preceding the boosting cell. It is controlled according to the terminal voltage.
請求項2の発明によれば、請求項1の昇圧回路において、前記昇圧セルのうち、少なくとも1つ以上の昇圧セルの前記第1のスイッチ手段と前記第1の容量素子とは、当該昇圧セルの前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続される。 According to a second aspect of the present invention, in the booster circuit of the first aspect, the first switch means and the first capacitive element of at least one booster cell among the booster cells are the booster cell. Are connected in series between the input terminal and the output terminal.
請求項3の発明によれば、請求項1又は2の昇圧回路において、前記昇圧セルのうち少なくとも1つ以上の昇圧セルは、当該昇圧セルの前記出力端子と第1の端子との間に接続された第2のスイッチ手段と、当該昇圧セルの前記第1のスイッチ手段と前記第1の容量素子との接続点である第1の中間端子と第2の端子との間に接続された第3のスイッチ手段とを更に有する。 According to a third aspect of the present invention, in the booster circuit according to the first or second aspect, at least one of the booster cells is connected between the output terminal and the first terminal of the booster cell. Second switching means, and a first intermediate terminal which is a connection point between the first switching means and the first capacitor element of the boosting cell and a second terminal connected between the first terminal and the second terminal. 3 switch means.
請求項4の発明によれば、請求項3の昇圧回路において、前記第1の端子が第1の電圧に接続される。 According to a fourth aspect of the present invention, in the booster circuit of the third aspect, the first terminal is connected to the first voltage.
請求項5の発明によれば、求項3の昇圧回路において、前記第2の端子が第2の電圧に接続される。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、前記第1の端子が当該昇圧セルより1つ以上前段の昇圧セルの前記出力端子に接続される。 According to a sixth aspect of the present invention, the first terminal is connected to the output terminal of one or more booster cells preceding the booster cell.
請求項7の発明によれば、請求項3の昇圧回路において、前記第2の端子が当該昇圧セルより1つ以上前段の昇圧セルの前記第1の中間端子に接続される。 According to a seventh aspect of the present invention, in the booster circuit of the third aspect, the second terminal is connected to the first intermediate terminal of one or more booster cells preceding the booster cell.
請求項8の発明によれば、請求項3の昇圧回路において、請求項4又は6のいずれかの構成と請求項5又は7のいずれかの構成とを更に組合わせて構成される。
According to the invention of claim 8, in the booster circuit of
請求項9の発明によれば、請求項3〜8のいずれか1項の昇圧回路において、前記複数段の昇圧セルのうち少なくとも1つの昇圧セルは、当該昇圧セルの前記出力端子と前記第1の電圧との間に接続された第4のスイッチ手段と、当該昇圧セルの前記第1の中間端子と前記第2の電圧との間に接続された第5のスイッチ手段とのうち少なくとも一方を更に有する。 According to a ninth aspect of the present invention, in the booster circuit according to any one of the third to eighth aspects, at least one booster cell of the plurality of booster cells includes the output terminal of the booster cell and the first booster cell. At least one of the fourth switch means connected between the first voltage and the fifth switch means connected between the first intermediate terminal of the booster cell and the second voltage. Also have.
請求項10の発明によれば、各々請求項3〜9のいずれか1項の昇圧回路の構成を有する第1及び第2の並列昇圧回路を備え、前記第1及び第2の並列昇圧回路のうち一方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記第2のスイッチ手段は、他方の並列昇圧回路に備えられた前記複数の昇圧セルのうちいずれかの昇圧セルの前記出力端子の電圧に応じて制御される。 According to a tenth aspect of the present invention, the first and second parallel booster circuits having the configuration of the booster circuit according to any one of the third to ninth aspects of the present invention are provided. The second switch means of the booster cell provided in one of the parallel booster circuits is in accordance with the voltage of the output terminal of any one of the plurality of booster cells provided in the other parallel booster circuit. Controlled.
請求項11の発明によれば、各々請求項3〜9のいずれか1項の昇圧回路の構成を有する第1及び第2の並列昇圧回路を備え、前記第1及び第2の並列昇圧回路のうち一方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記第2のスイッチ手段は、他方の並列昇圧回路に備えられた初段の昇圧セルの前記出力端子の電圧に応じて制御される。 According to an eleventh aspect of the present invention, the first and second parallel booster circuits each having the configuration of the booster circuit according to any one of the third to ninth aspects are provided, and the first and second parallel booster circuits are provided. The second switch means of the booster cell provided in one of the parallel booster circuits is controlled according to the voltage at the output terminal of the first booster cell provided in the other parallel booster circuit.
請求項12の発明によれば、各々請求項3〜9のいずれか1項の昇圧回路の構成を有する第1及び第2の並列昇圧回路と、前記第1及び第2の並列昇圧回路のうち一方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記出力端子の電圧と、他方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記第1の中間端子の電圧とに応じて、当該一方の並列昇圧回路に備えられた1つ以上の昇圧セルの前記第2のスイッチ手段を制御するためのブースト回路とを備えた昇圧回路の構成を採用する。 According to a twelfth aspect of the present invention, the first and second parallel booster circuits each having the configuration of the booster circuit according to any one of the third to ninth aspects, and the first and second parallel booster circuits. The one parallel booster circuit according to the voltage of the output terminal of the booster cell provided in one parallel booster circuit and the voltage of the first intermediate terminal of the booster cell provided in the other parallel booster circuit The configuration of a booster circuit including a boost circuit for controlling the second switch means of one or more booster cells provided in the above is adopted.
請求項13の発明によれば、請求項3〜12のいずれか1項の昇圧回路において、前記第1の電圧は外部より供給される電源電圧であり、前記第2の電圧は外部より供給される接地電圧であることを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the booster circuit according to any one of the third to twelfth aspects, the first voltage is a power supply voltage supplied from the outside, and the second voltage is supplied from the outside. It is characterized by having a ground voltage.
請求項14の発明によれば、請求項3〜12のいずれか1項の昇圧回路において、前記第1の電圧は任意の正電圧であり、前記第2の電圧は任意の基準電圧であることを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the booster circuit according to any one of the third to twelfth aspects, the first voltage is an arbitrary positive voltage, and the second voltage is an arbitrary reference voltage. It is characterized by.
請求項15の発明によれば、請求項3〜14のいずれか1項の昇圧回路において、前記第1のスイッチ手段が前記第2あるいは第3のスイッチ手段と耐圧仕様が異なる。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the booster circuit according to any one of the third to fourteenth aspects, the first switch means has a breakdown voltage specification different from that of the second or third switch means.
請求項16の発明によれば、請求項3〜14のいずれか1項の昇圧回路において、前記第1の容量が前記第2あるいは第3のスイッチ手段と耐圧仕様が異なる。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the booster circuit according to any one of the third to fourteenth aspects, the first capacitor has a breakdown voltage specification different from that of the second or third switch means.
請求項17の発明によれば、昇圧回路において複数段の昇圧セルのうち最終段の昇圧セルの出力端子と当該昇圧回路の出力端子との間に介在した逆流防止回路にて、第1の期間に、前記逆流防止回路の入力端子の電荷を第2の中間端子に転送する第1の転送手段と、前記第2の中間端子に電荷を蓄積する電荷蓄積手段とを有し、第2の期間に、前記第2の中間端子の電圧を印加して前記第1の転送手段を非導通状態とする第1の制御手段と、前記第2の中間端子に蓄積された前記電荷を前記昇圧回路の出力端子に転送する第2の転送手段とを有する構成を採用する。 According to the seventeenth aspect of the present invention, the backflow prevention circuit interposed between the output terminal of the last booster cell and the output terminal of the booster circuit among the plurality of booster cells in the booster circuit has the first period. The first transfer means for transferring the charge at the input terminal of the backflow prevention circuit to the second intermediate terminal, and the charge storage means for storing the charge at the second intermediate terminal for a second period. And applying a voltage at the second intermediate terminal to bring the first transfer means into a non-conducting state, and the charge accumulated at the second intermediate terminal to the boost circuit A configuration having second transfer means for transferring to the output terminal is adopted.
請求項18の発明によれば、請求項17の逆流防止回路において、容量素子に接続された前記第2の中間端子と異なる他方の端子に制御信号を印加する。 According to the invention of claim 18, in the backflow prevention circuit of claim 17, the control signal is applied to the other terminal different from the second intermediate terminal connected to the capacitive element.
請求項19の発明によれば、昇圧回路において複数段の昇圧セルのうち最終段の昇圧セルと当該昇圧回路の出力端子との間に介在した逆流防止回路にて、入力端子、中間端子及び出力端子と、前記入力端子と前記中間端子との間に接続された第1のスイッチ手段と、前記中間端子と前記出力端子との間に接続された第2のスイッチ手段と、前記中間端子と前記第1のスイッチ手段との間に接続された第3のスイッチ手段と、前記中間端子に接続された第1の容量素子とを備えた構成を採用する。 According to the nineteenth aspect of the present invention, in the booster circuit, the backflow prevention circuit interposed between the last booster cell of the plurality of booster cells and the output terminal of the booster circuit includes the input terminal, the intermediate terminal, and the output. A first switch means connected between the terminal, the input terminal and the intermediate terminal; a second switch means connected between the intermediate terminal and the output terminal; the intermediate terminal; A configuration including a third switch means connected between the first switch means and a first capacitive element connected to the intermediate terminal is adopted.
請求項20の発明によれば、請求項19の逆流防止回路において、前記容量素子は、クロック信号に応じて昇圧される。 According to a twentieth aspect of the invention, in the backflow prevention circuit of the nineteenth aspect, the capacitive element is boosted according to a clock signal.
請求項21の発明によれば、各々請求項19の逆流防止回路の構成を有する第1及び第2の並列逆流防止回路を備え、前記第1及び第2の並列逆流防止回路の各々は、当該一方の並列逆流防止回路に入力される制御信号に応じて制御される第2の容量素子と、他方の並列逆流防止回路の前記中間端子の電圧により制御される第3のスイッチ手段とから構成された状態制御回路を更に有し、前記第1及び第2の並列逆流防止回路のうち一方の並列逆流防止回路の前記第1のスイッチ手段は、当該並列逆流防止回路の前記状態制御回路により制御され、かつ、前記第1及び第2の並列逆流防止回路のうち一方の並列逆流防止回路の前記第2のスイッチ手段は、他方の並列逆流防止回路の前記中間端子の電圧により制御される。 According to the invention of claim 21, the first and second parallel backflow prevention circuits each having the configuration of the backflow prevention circuit of claim 19 are provided, and each of the first and second parallel backflow prevention circuits includes A second capacitive element controlled in accordance with a control signal input to one parallel backflow prevention circuit; and third switch means controlled by the voltage of the intermediate terminal of the other parallel backflow prevention circuit. A state control circuit, and the first switch means of one of the first and second parallel backflow prevention circuits is controlled by the state control circuit of the parallel backflow prevention circuit. The second switch means of one of the first and second parallel backflow prevention circuits is controlled by the voltage of the intermediate terminal of the other parallel backflow prevention circuit.
請求項22の発明によれば、請求項18又は21の逆流防止回路において、前記制御信号はクロック信号であることを特徴とする。 According to a twenty-second aspect of the invention, in the backflow prevention circuit of the eighteenth or twenty-first aspect, the control signal is a clock signal.
請求項23の発明によれば、請求項3〜16のいずれか1項の昇圧回路において、請求項17〜22のいずれか1項に記載の逆流防止回路を更に備えた構成を採用する。 According to a twenty-third aspect of the present invention, the booster circuit according to any one of the third to sixteenth aspects further includes the backflow prevention circuit according to any one of the seventeenth to twenty-second aspects.
請求項1の発明によれば、第1のスイッチ手段(電荷転送トランジスタ)の耐圧緩和可能な昇圧回路が実現する。つまり、電荷転送トランジスタのゲート、ドレイン、ソース間の耐圧緩和を任意に設定することにより、その特性劣化マージンを削減できる。また、低耐圧系素子を使用でき、昇圧回路面積を削減できる。また、拡散容量の寄生容量の削減が可能となり、昇圧効率の向上が期待できる。 According to the first aspect of the present invention, a booster circuit capable of reducing the withstand voltage of the first switch means (charge transfer transistor) is realized. In other words, the characteristic deterioration margin can be reduced by arbitrarily setting the withstand voltage relaxation between the gate, drain and source of the charge transfer transistor. Further, a low withstand voltage element can be used, and the booster circuit area can be reduced. In addition, the parasitic capacitance of the diffusion capacitor can be reduced, and the boosting efficiency can be expected to be improved.
請求項2の発明によれば、容量素子の耐圧緩和可能な昇圧回路が実現する。つまり、容量素子の耐圧緩和により、その特性劣化マージンを削減できる。また、低耐圧系素子を使用でき、昇圧回路面積を削減できる。それにより、容量素子起因の寄生容量の削減が可能となり、昇圧効率の向上が期待できる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、第2及び第3のスイッチ手段(第1及び第2の電圧供給トランジスタ)により容量素子に電荷を供給した後に昇圧することで、昇圧回路のセットアップを高速化することができる。 According to the third aspect of the present invention, the voltage is boosted after the charge is supplied to the capacitive element by the second and third switch means (first and second voltage supply transistors), thereby speeding up the setup of the booster circuit. be able to.
総じて、請求項1〜3の発明によれば、2段目以降の昇圧セルに備えられた電荷転送トランジスタを当該昇圧セルより1段以上前段の昇圧セルの入力端子に接続することにより、導通時、非導通時において全昇圧セルの電荷転送トランジスタのゲート、ドレイン、ソース間の電位差をVdd以下等任意に設定でき、トランジスタの特性劣化を緩和することができ、昇圧動作周波数のマージン、昇圧電流能力マージンを削減することが可能である。 In general, according to the first to third aspects of the present invention, the charge transfer transistor provided in the second and subsequent boost cells is connected to the input terminal of the boost cell one or more stages before the boost cell. During non-conduction, the potential difference between the gate, drain and source of the charge transfer transistors of all boosting cells can be set arbitrarily, such as Vdd or less, and the transistor characteristic deterioration can be alleviated, boosting operating frequency margin, boosting current capability It is possible to reduce the margin.
また、容量素子の耐圧緩和により容量素子の特性劣化マージンを削減できる。低耐圧系素子を使用でき、昇圧回路面積を削減できる。それにより、容量素子起因の寄生容量の削減が可能となり、昇圧効率の向上が期待できる。 Further, the characteristic deterioration margin of the capacitive element can be reduced by reducing the breakdown voltage of the capacitive element. Low withstand voltage elements can be used, and the booster circuit area can be reduced. As a result, it is possible to reduce the parasitic capacitance caused by the capacitive element, and expect improvement in boosting efficiency.
また、容量素子を第1、第2の電圧で電荷を供給した後に昇圧することで、昇圧回路のセットアップを高速化することができる。 In addition, by boosting the capacitor element after supplying charges with the first and second voltages, the setup of the booster circuit can be speeded up.
また、請求項4〜8の発明によれば、2段目以降の昇圧セルに備えられた第1の電圧(Vdd)を設定するトランジスタを当該昇圧セルより1段以上前段の昇圧セルの出力端子に接続することにより、非導通状態から導通状態への遷移において第1の電圧(Vdd)を設定するトランジスタのドレイン・ソース間の電位差をVdd以下にも設定でき、トランジスタのサステイン耐圧のマージンを確保でき、昇圧回路を安定動作させることができる。
According to the inventions of
また、2段目以降の昇圧セルに備えられた第2の電圧(Vss)に設定するトランジスタを当該昇圧セルより1段以上前段の昇圧セルの容量素子の一端子に接続することにより、非導通状態から導通状態への遷移においてトランジスタのドレイン・ソース間の電位差をVdd以下にも設定でき、トランジスタのサステイン耐圧のマージンを確保でき、昇圧回路を安定動作させることができる。 Further, the transistor set to the second voltage (Vss) provided in the second and subsequent boosting cells is connected to one terminal of the capacitor of the boosting cell one or more stages before the boosting cell. In the transition from the state to the conductive state, the potential difference between the drain and source of the transistor can be set to Vdd or less, the margin of the sustain breakdown voltage of the transistor can be secured, and the booster circuit can be stably operated.
請求項9の発明によれば、第2及び第3のスイッチ手段(第1及び第2の電圧供給トランジスタ)のサステイン耐圧緩和と、引き抜き時間増大の抑制を実現できる。 According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to reduce the sustain withstand voltage of the second and third switch means (first and second voltage supply transistors) and to suppress an increase in the extraction time.
つまり、2段目以降の昇圧セルに備えられた第1の電圧に設定するトランジスタが導通状態になった後に、導通状態になり第1の電圧に設定する第4のスイッチ手段(サブトランジスタ)を備えたことで、昇圧段数が増加に伴って増加する第1の電圧に設定するトランジスタのオン抵抗による容量素子の充電速度の低下と充電電圧不足を補うことができ、面積増大を抑えて昇圧効率の劣化を抑制することが可能である。 That is, the fourth switch means (sub-transistor) that becomes conductive and sets the first voltage after the transistor that is set to the first voltage provided in the second and subsequent boost cells becomes conductive. As a result, it is possible to compensate for a decrease in the charging speed of the capacitive element due to the on-resistance of the transistor set to the first voltage that increases as the number of boosting stages increases and a shortage of the charging voltage. Can be prevented.
また、2段目以降の昇圧セルに備えられた第2の電圧に設定するトランジスタが導通状態になった後に、導通状態になり第2の電圧に設定する第5のスイッチ手段(サブトランジスタ)を備えたことで、昇圧段数が増加に伴って増加する第2の電圧に設定するトランジスタのオン抵抗による容量素子の充電速度の低下と充電電圧不足を補うことができ、面積増大を抑えて昇圧効率の劣化を抑制することが可能である。 In addition, after the transistor set to the second voltage provided in the second and subsequent boost cells becomes conductive, the fifth switch means (sub-transistor) that becomes conductive and sets the second voltage is provided. As a result, the decrease in the charging speed of the capacitive element due to the on-resistance of the transistor set to the second voltage that increases as the number of boosting stages increases and the shortage of the charging voltage can be compensated, and the boosting efficiency is suppressed by suppressing the increase in area. Can be prevented.
請求項10の発明によれば、電源電圧Vdd以上の電圧(例:ブースト回路)振幅のクロック不要による面積削減と、第2及び第3のスイッチ手段(第1及び第2の電圧供給トランジスタ)のオン抵抗制御とが可能になる。 According to the invention of claim 10, the area of the power supply voltage Vdd or higher (for example, boost circuit) is reduced because no clock is required, and the second and third switch means (first and second voltage supply transistors) On-resistance control is possible.
つまり、2段目以降の昇圧セルに備えられた第1の電圧に設定するトランジスタを当該昇圧セルと同一段以降であり、かつ逆相にて動作する他の昇圧セルの出力端子によって制御することで、トランジスタのサステイン耐圧マージンを確保しつつ、オン抵抗増大による充電速度の低下と充電電圧不足を行うことができ、面積増大を抑えて昇圧効率の劣化を抑制することが可能である。 In other words, the transistor set to the first voltage provided in the second and subsequent boost cells is controlled by the output terminal of another boost cell that is in the same stage or later and operates in the opposite phase to the boost cell. Thus, while ensuring the sustain breakdown voltage margin of the transistor, the charging speed can be reduced and the charging voltage can be insufficient due to an increase in on-resistance, and the increase in area can be suppressed and deterioration in boosting efficiency can be suppressed.
請求項11の発明によれば、ブースト回路不要による面積削減と、電源電圧Vdd以上の電圧(例:ブースト回路)振幅のクロック不要による面積削減と、第2及び第3のスイッチ手段(第1及び第2の電圧供給トランジスタ)のオン抵抗制御とが可能になる。 According to the eleventh aspect of the present invention, the area reduction due to the absence of the boost circuit, the area reduction due to the absence of the clock having a voltage (eg, boost circuit) greater than the power supply voltage Vdd, and the second and third switch means (first and third switches) On-resistance control of the second voltage supply transistor) becomes possible.
つまり、2段目以降の昇圧セルに備えられた第1の電圧に設定するトランジスタを任意の昇圧セルであり、かつ逆相にて動作する他の昇圧セルのうち、いずれかの出力端子によって制御させることで、各第1の電圧供給トランジスタのオン抵抗と酸化膜耐圧を考慮することができ、かつ、ブースト回路を削除して、昇圧セルに備えられた容量素子に電荷の充電が可能である(第1の電圧供給トランジスタのサステイン耐圧マージンを確保することも可能)。 In other words, the transistor set to the first voltage provided in the second and subsequent boost cells is an arbitrary boost cell and is controlled by one of the output terminals of the other boost cells operating in reverse phase. By doing so, it is possible to consider the on-resistance and oxide film breakdown voltage of each first voltage supply transistor, and it is possible to charge the capacitor element provided in the booster cell by removing the boost circuit. (It is also possible to ensure a sustain breakdown margin of the first voltage supply transistor).
請求項12の発明によれば、低耐圧系素子により構成可能なブースト回路による面積削減が実現する。 According to the twelfth aspect of the present invention, the area can be reduced by the boost circuit that can be constituted by the low withstand voltage elements.
つまり、任意の段数の昇圧セルの中間端子、出力端子の電圧を利用したブースト回路を用いることで、各段昇圧セルの容量素子の寄生容量をほぼ等価できるため、設計容易性が上がるとともに、ブースト容量、トランジスタの全てを電源電圧Vdd以下等任意の耐圧で駆動可能であり、設計容易性が向上し、更に、初段の昇圧セルを利用した場合には、低耐圧系トランジスタで構成可能であり、レイアウト面積の増加を抑制して実現することができる。 In other words, by using a boost circuit that uses the voltage at the intermediate terminal and output terminal of the booster cell of any number of stages, the parasitic capacitance of the capacitor element of each booster cell can be almost equivalent, so that the design is easy and the boost is increased. Capacitance and all of the transistors can be driven with any withstand voltage such as the power supply voltage Vdd or less, and the design is improved. Furthermore, when the booster cell in the first stage is used, it can be configured with low withstand voltage transistors. This can be realized while suppressing an increase in layout area.
請求項13の発明によれば、正昇圧時の電圧関係を実現できる。 According to the invention of claim 13, the voltage relationship at the time of positive boosting can be realized.
請求項14の発明によれば、ワイドレンジの電源電圧に対応(各素子の耐圧マージン確保)できる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to cope with a wide range of power supply voltage (ensuring a withstand voltage margin for each element).
つまり、初段の昇圧セルの入力電圧と各昇圧セルの第1の電圧とを任意に設定することによって、電源電圧の設定範囲が広い場合においても各トランジスタに印加される電圧幅を制御でき、特性劣化を緩和できるとともに、出力電圧のリップルを抑制することが可能である。 In other words, by arbitrarily setting the input voltage of the first-stage booster cell and the first voltage of each booster cell, the voltage width applied to each transistor can be controlled even when the power supply voltage setting range is wide. Degradation can be mitigated and output voltage ripple can be suppressed.
請求項19の発明によれば、昇圧回路の出力端子のリップル変動を抑制することができる。 According to the nineteenth aspect of the present invention, it is possible to suppress ripple fluctuation of the output terminal of the booster circuit.
請求項20の発明によれば、昇圧効率の低下を抑制し、かつ昇圧回路の出力端子のリップル変動を抑制することができる。 According to the twentieth aspect of the present invention, it is possible to suppress a decrease in boosting efficiency and to suppress ripple fluctuation of the output terminal of the booster circuit.
請求項21の発明によれば、昇圧効率の低下を抑制し、かつ昇圧回路の出力端子のリップル変動を抑制することができる。 According to the twenty-first aspect of the present invention, it is possible to suppress a decrease in boosting efficiency and to suppress ripple fluctuation of the output terminal of the booster circuit.
総じて、請求項17〜22の発明によれば、逆流防止回路として、逆相で動作する2つ以上のスイッチ手段を直列接続し、これらのスイッチ手段間に第1の容量素子(任意の容量)を持たせることで、逆流防止回路制御用のクロックを設けることなく、昇圧回路からの電荷の逆流を抑制でき、昇圧効率の低下を抑制できる。 In general, according to the inventions of claims 17 to 22, two or more switch means operating in reverse phase are connected in series as a backflow prevention circuit, and a first capacitive element (arbitrary capacity) is connected between these switch means. Therefore, the backflow of charge from the booster circuit can be suppressed without providing a clock for controlling the backflow prevention circuit, and a decrease in boosting efficiency can be suppressed.
また、逆流防止回路のスイッチ手段間に設けられた第2の容量素子(サブ容量素子)を昇圧セル動作用に備えられたクロック信号によって昇圧動作させることで、更に電圧を昇圧させることが可能となり、昇圧段数を削減できるため、レイアウト面積増加を抑制できる。 Further, the voltage can be further boosted by boosting the second capacitor element (sub-capacitor element) provided between the switch means of the backflow prevention circuit by a clock signal provided for boosting cell operation. Since the number of boosting stages can be reduced, an increase in layout area can be suppressed.
《第1の実施形態》
図1Aは本発明の第1の実施形態に係る昇圧回路の回路図であり、図1Bは図1Aの昇圧回路におけるクロック波形図である。第1〜第3の従来例と同じ記号は、これらの従来例と同じ構成を示す。
<< First Embodiment >>
FIG. 1A is a circuit diagram of a booster circuit according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a clock waveform diagram in the booster circuit of FIG. 1A. The same symbols as those in the first to third conventional examples indicate the same configurations as those of the conventional examples.
図1Aにおいて、100はクロック信号CLK1,CLK2,CLK3を入力して昇圧動作を行うことで昇圧電圧Vpumpを発生する昇圧回路である。101、102、103は、3段1並列の昇圧セルの構成例であり、初段の昇圧セル101の電荷転送トランジスタ933はクロック信号CLK3によって制御され、2段目の昇圧セル102の電荷転送トランジスタ933は前段の昇圧セル101の入力端子104によって制御され、3段目の昇圧セル103の電荷転送トランジスタ933は前段の昇圧セル102の入力端子105によって制御される。104、105、106は昇圧セル101〜103の入力端子、107は逆流防止回路924の入力端子(105〜107は昇圧セル101〜103の出力端子でもある)である。
In FIG. 1A, a
CLK1はVddより高い電圧(Vbt)とVssとの間で振幅するクロック信号、CLK2はCLK1と同相かつVddとVssとの間で振幅するクロック信号、CLK3はCLK1と同相かつVddとVssとの間で振幅するクロック信号である。図1Bに示すように、好ましくは、CLK1が“H”から“L”になった後、CLK3が“H”から“L”になり、CLK3が“L”から“H”になった後、CLK1が“L”から“H”になる。ただし、昇圧回路の動作条件としてCLK1、CLK2、CLK3のタイミング条件は上記のみではなく、基本的には互いに同一周期かつ同相のクロック信号であればよい。 CLK1 is a clock signal that swings between a voltage higher than Vdd (Vbt) and Vss, CLK2 is a clock signal that is in phase with CLK1 and swings between Vdd and Vss, and CLK3 is in phase with CLK1 and between Vdd and Vss This is a clock signal that swings at. As shown in FIG. 1B, preferably, after CLK1 changes from “H” to “L”, CLK3 changes from “H” to “L”, and CLK3 changes from “L” to “H”. CLK1 changes from “L” to “H”. However, the timing conditions of CLK1, CLK2, and CLK3 as the operating conditions of the booster circuit are not limited to the above, and basically may be clock signals having the same period and the same phase.
CLK2は第2の従来例の文献に記載されたブースト回路でも実現可能であり、また、一般的である外部電源回路、内部生成電圧を利用した構成等において同様のクロック信号を生成することができる。CLK3のタイミング生成は一般的な遅延手段を用いたクロック生成回路や基本クロックを分周回路により分周し、その後、複数のクロックを生成するクロック生成回路などにおいて生成することができる。 CLK2 can also be realized by a boost circuit described in the document of the second conventional example, and a similar clock signal can be generated in a general external power supply circuit, a configuration using an internally generated voltage, or the like. . The timing generation of CLK3 can be generated by a clock generation circuit using a general delay means or a clock generation circuit that divides a basic clock by a frequency dividing circuit and then generates a plurality of clocks.
なお、本昇圧回路100は直列接続数を3段としているが、本構成は昇圧回路構成の一例であり、段数に依存しない。
The
図1Cは図1A中の各電荷転送トランジスタ933のPhase1及びPhase2の定常状態における端子電圧を示す図であり、図1Dは図1A中の各昇圧セル出力端子105,106,107のPhase1及びPhase2の開始時点からの時間遷移における電圧を示す図である。
FIG. 1C is a diagram showing terminal voltages of
まず、時刻T1から開始するPhase1では、CLK1とCLK2が“H”となり、昇圧セル101〜103の第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932とが導通状態となる。昇圧セル101〜103の容量素子929は第1の電圧Vddと第2の電圧Vss間に並列に設置されており、これによって、昇圧セル101〜103の容量素子929には、
電荷Qp=Cm・(Vdd−Vss)
が蓄積される。ここに、Cmは容量素子929の容量である。
First, in
Charge Qp = Cm · (Vdd−Vss)
Is accumulated. Here, Cm is the capacitance of the
このとき、図1Cに示すとおり、昇圧セル101〜103の電荷転送トランジスタ933のゲートはVdd、ソースはVdd、ドレインはVssとなり各端子間電位差はVdd以下となる。
At this time, as shown in FIG. 1C, the gates of the
時刻T2になりPhase2では、CLK1、CLK2が“L”となることで、昇圧セル101〜103の第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932とが非導通状態となる。更にCLK3が“L”になることで、図1Dに示すように以下のとおり初段の昇圧セル101より順次昇圧される。まず、昇圧セル101の電荷転送トランジスタ933が導通状態となり、昇圧セル102の入力端子105が昇圧される。入力端子105の電圧が、昇圧セル102の電荷転送トランジスタ933のゲート電圧(昇圧セル101の入力端子104の電圧)より高くなる(Vdd+Vt以上)ことで昇圧セル103の入力端子106が昇圧される。更に入力端子106の電圧が、昇圧セル103の電荷転送トランジスタ933のゲート電圧(昇圧セル102の入力端子105の電圧)より高くなることで逆流防止回路924の入力端子107が昇圧される。
At time T2 and
これにより、昇圧セル101〜103の容量素子929が並列接続から、電荷転送トランジスタ933を介して直列接続されることで、逆流防止回路924の入力端子107には3・Vdd+Vdd(理想的には昇圧セルの3段分(3Vdd)と初段の入力電圧(Vdd))の電圧が発生する。したがって、昇圧回路100の出力端子には逆流防止トランジスタ934での閾値分Vtを差し引いたVpump=(N+1)Vdd−Vt(N:昇圧セルの段数)の電圧が発生する。
As a result, the
このとき、図1Cに示すとおり、昇圧セル101の電荷転送トランジスタ933のゲートはVss、ソースはVdd、ドレインはVdd、昇圧セル102の電荷転送トランジスタ933のゲートはVdd、ソースは2Vdd、ドレインは2Vdd、昇圧セル103の電荷転送トランジスタ933のゲートは2Vdd、ソースは3Vdd、ドレインは3Vddとなり、各端子間電位差はVdd以下となる。
At this time, as shown in FIG. 1C, the gate of the
以上のとおり、第1の実施形態によれば、2段目以降の昇圧セルに備えられた電荷転送トランジスタ933を当該昇圧セルより前段の昇圧セルの入力端子に接続することにより、導通時、非導通時において全昇圧セルの電荷転送トランジスタ933のゲート、ドレイン、ソース間の電位差をVdd以下に設定でき、トランジスタの特性劣化を緩和することができ、昇圧動作周波数のマージンの削減、昇圧電流能力の向上が可能である。
As described above, according to the first embodiment, the
また、昇圧セル101〜103の電荷転送トランジスタ933は第1、第2の電圧供給トランジスタ931,932に対して、酸化膜厚の薄いトランジスタを利用することも可能であり、同様に容量素子929も第1、第2の電圧供給トランジスタ931,932に対して酸化膜厚の薄い素子を利用することが可能であり、面積を削減することができる。
In addition, the
また、第2及び第3の従来例と同様に昇圧セルの段数の増加に伴うセットアップ時間の増大がなく、セットアップの高速化が可能である。更に、容量素子929の端子間電位差をVdd以下に設定できるため、低耐圧系の容量素子を使用することによる面積縮小が可能である。
Further, as in the second and third conventional examples, the setup time does not increase with the increase in the number of boosting cell stages, and the setup speed can be increased. Further, since the potential difference between the terminals of the
なお、昇圧セルの電荷転送トランジスタ933のゲートは、当該昇圧セルより1段以上前段の昇圧セルの入力端子であればよく、素子耐圧仕様に応じて、任意の昇圧セルの入力端子に接続することが可能である。この接続は、後段の昇圧セルの電荷転送トランジスタにおいて、基板電圧効果により電荷転送トランジスタの電流能力が低下する場合に、電荷転送トランジスタのサイズを増加させずに電荷転送トランジスタの電流能力を増加させ、昇圧効率の低下抑制、昇圧回路の昇圧電流能力の低下抑制の手段として有効である。
Note that the gate of the
また、昇圧セルの電荷転送トランジスタ933のゲートは、当該昇圧セルより1段以上前段の昇圧セルの入力端子であればよく、同一昇圧回路(N段1並列構成)とは限る必要は無く、同様の効果が示される端子電圧を利用することが可能である。
Further, the gate of the
また、第1の電圧供給トランジスタ931は、ダイオード手段に置き換えることも可能である。
The first
また、当然のことながら、図1C及び図1Dに記載の電圧は理想電圧であり、実設計においては寄生容量等に伴う昇圧効率の低下による係数を加味する必要がある。 Further, as a matter of course, the voltages shown in FIGS. 1C and 1D are ideal voltages, and in an actual design, it is necessary to consider a coefficient due to a decrease in boosting efficiency due to parasitic capacitance and the like.
また、図示はしないが、VddをVss、VssをVdd、PチャネルトランジスタをNチャネルトランジスタ、NチャネルトランジスタをPチャネルトランジスタ、CLK1とCLK2とCLK3の“H”(“L”)を“L”(“H”)に置き換えることで、負の昇圧回路となることは言うまでもない。このとき、CLK1に関しては、“H”がVdd、“L”が負電圧(Vss−Vt以下)となるが、負電圧に関してもブースト回路や他の負昇圧回路等による内部発生回路によって生成可能である。 Although not shown, Vdd is Vss, Vss is Vdd, a P-channel transistor is an N-channel transistor, an N-channel transistor is a P-channel transistor, and CLK1, CLK2, and CLK3 “H” (“L”) is “L” ( It goes without saying that a negative booster circuit is obtained by replacing with “H”). At this time, regarding CLK1, “H” is Vdd and “L” is a negative voltage (Vss−Vt or less), but the negative voltage can also be generated by an internal generation circuit such as a boost circuit or another negative booster circuit. is there.
また、図示はしないが、昇圧回路100において、逆流防止回路924を備えない場合には、ブースト回路としても使用可能である。
Although not shown, when the
また、第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932とに対して、電荷転送トランジスタ933、容量素子929の両方あるいは一方は、耐圧仕様として低電圧素子を使用することが可能となり、例えば酸化膜厚が薄い素子を用いることで、電荷転送トランジスタ933の場合には、電流能力が向上し、かつ寄生容量が削減されて、レイアウト面積や昇圧効率の向上が可能となり、容量素子929の場合には、容量値が大きくなるため、レイアウト面積を大幅に削減することができる。これは、以降の実施形態における昇圧セルでも同様である。
Further, with respect to the first
《第2の実施形態》
図2Aは、本発明の第2の実施形態に係る昇圧回路の回路図である。クロック波形図は図1Bのとおりである。
<< Second Embodiment >>
FIG. 2A is a circuit diagram of a booster circuit according to the second embodiment of the present invention. The clock waveform diagram is as shown in FIG. 1B.
図2Aにおいて、200は、図1Bに示すタイミングと同様に、昇圧セル201,202,203の容量素子929をPhase1の時にVdd−Vssにて充電し、Phase2の時に、昇圧セル201,202,203の容量素子929を直列接続して昇圧電圧Vpumpを発生する昇圧回路であり、第1の実施形態からの変更点として、2段目の昇圧セル202の第1の電圧供給トランジスタ931のソース端子(Vd)を前段の昇圧セル201の出力端子(前段の昇圧セル201の第1の電圧供給トランジスタ931のドレイン端子(OT))に接続している。同様に、3段目の昇圧セル203の第1の電圧供給トランジスタ931のソース端子(Vd)を前段の昇圧セル202の第1の電圧供給トランジスタ931のドレイン端子(OT)に接続している。また、2段目の昇圧セル202の第2の電圧供給トランジスタ932のソース端子(Vsi)を前段の昇圧セル201の端子930(前段の昇圧セル201の第2の電圧供給トランジスタ932のドレイン端子(Vso))に接続している。同様に、3段目の昇圧セル203の第2の電圧供給トランジスタ932のソース端子(Vsi)を前段の昇圧セル202の第2の電圧供給トランジスタ932のドレイン端子(Vso)に接続している。
In FIG. 2A, 200 is the same as the timing shown in FIG. 1B, and the
図2Bは図2A中の各昇圧セル出力端子105,106,107の電圧遷移を示す図であり、図2Cは図2A中の各第1の電圧供給トランジスタ931の端子電圧を示す図であり、図2Dは図2A中の各第2の電圧供給トランジスタ932の端子電圧を示す図である。
2B is a diagram showing voltage transitions of the booster
まず、時刻T1直後において、それまで昇圧回路200が昇圧状態であったため、各昇圧セル出力端子105〜107の電圧は、図2Bに示すとおり、理想電圧として入力端子104の電圧はVdd、入力端子105の電圧は2Vdd、入力端子106の電圧は3Vdd、入力端子107の電圧は4Vddとなっている。
First, immediately after the time T1, since the
また、昇圧セル201〜203の第1の電圧供給トランジスタ931の端子電圧は、図2Cに示すとおり、ドレイン・ソース間電圧VdsがVdd以下に設定されており、また、昇圧セル201〜203の第2の電圧供給トランジスタ932の端子電圧は、図2Dに示すとおり、VdsがVdd以下に設定されている。
The terminal voltage of the first
Phase1において、CLK1とCLK2が“H”となることで、昇圧セル201の第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932とが導通状態となり、CLK3が“H”となることで昇圧セル201の電荷転送トランジスタ933が非導通状態となる。これにより、昇圧セル201の容量素子929の一端子である昇圧セル201の出力端子105は、昇圧セル201の第1の電圧供給トランジスタ931を介してVddに設定される。また、昇圧セル201の容量素子929の一端子である昇圧セル201の端子930は、昇圧セル201の第2の電圧供給トランジスタ932を介してVssに設定される。入力端子105が2VddからVddに降圧される過程において、入力端子106、入力端子107の電圧も降圧される。
In
更に、入力端子105がVbt−Vt分低下し、昇圧セル202の第1の電圧供給トランジスタ931が導通状態となり、昇圧セル201の端子930がVdd−Vt分低下し、昇圧セル202の第2の電圧供給トランジスタ932が導通状態となると、昇圧セル202の容量素子929の一端子である入力端子106は、昇圧セル201,202のそれぞれの第1の電圧供給トランジスタ931を介してVddに設定される。また、昇圧セル202の容量素子929の一端子である昇圧セル202の端子930は、昇圧セル201,202の第2の電圧供給トランジスタ932を介してVssに設定される。上記過程において、入力端子105の電圧がVdd+Vt以下となることで昇圧セル202の電荷転送トランジスタ933が非導通状態となる。また、入力端子106がVddに降圧される過程において、入力端子107の電圧も降圧される。
Further, the
更に、入力端子106がVbt−Vt分低下し、昇圧セル203の第1の電圧供給トランジスタ931が導通状態となり、昇圧セル202の端子930がVdd−Vt分低下し、昇圧セル203の第2の電圧供給トランジスタ932が導通状態になると、昇圧セル203の容量素子929の一端子である入力端子107は、昇圧セル201,202,203のそれぞれの第1の電圧供給トランジスタ931を介してVddに設定される。また、昇圧セル203の容量素子929の一端子である昇圧セル203の端子930は、昇圧セル201,202,203の第2の電圧供給トランジスタ932を介してVssに設定される。上記過程において、入力端子106の電圧がVdd+Vt以下となることで昇圧セル203の電荷転送トランジスタ933が非導通状態となる。
Further, the
これらにより、昇圧セル201〜203の第1の電圧供給トランジスタ931、第2の電圧供給トランジスタ932のVdsをVdd以下にし、サステイン耐圧マージンを確保しつつ、容量素子929の両端子をVddとVssに設定することができる。
As a result, the Vds of the first
Phase2では、CLK1、CLK2が“L”となることで、昇圧セル201〜203の第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932とが非導通状態となり、CLK3が“L”になることで、第1の実施形態と同様に、昇圧電圧をVpumpに発生する。
In
このとき、理想的な電圧として、入力端子104の電圧はVdd、入力端子105の電圧は2Vdd、入力端子106の電圧は3Vdd、入力端子107の電圧は4Vddとなっており、昇圧セル201〜203の第1の電圧供給トランジスタ931と第2の電圧供給トランジスタ932のドレイン・ソース間電圧Vdsは、図2C及び図2Dに示すとおり、Vdd以下の電圧となる。
At this time, as ideal voltages, the voltage at the
第2の実施形態によれば、2段目以降の昇圧セルに備えられた容量素子929の一端子をVddに設定するトランジスタ931を当該昇圧セルより1段以上前段の昇圧セルの出力端子に接続することにより、非導通状態から導通状態への遷移においてドレイン・ソース間の電位差を任意に(Vdd以下に)設定でき、トランジスタのサステイン耐圧のマージンを任意に設定して確保でき、昇圧回路を安定動作させることができる。
According to the second embodiment, the
また、2段目以降の昇圧セルに備えられた容量素子929の一端子をVssに設定するトランジスタ932を当該昇圧セルより1段以上前段の昇圧セルのVssに設定するトランジスタに接続することにより、非導通状態から導通状態への遷移においてドレイン・ソース間の電位差を任意に(Vdd以下に)設定でき、トランジスタのサステイン耐圧のマージンを任意に設定して確保でき、昇圧回路を安定動作させることができる。
Further, by connecting a
なお、第1の実施形態の電荷転送トランジスタ933における接続やクロック制御など、同様の構成と効果を期待できることは明らかである。
It is obvious that similar configurations and effects such as connection and clock control in the
また、各昇圧セルの電荷転送トランジスタ933のゲートをCLK3に接続してもVdd、Vssに設定するトランジスタ931,932のサステイン耐圧マージンを確保することは可能であることは明らかである。
It is also clear that the sustain breakdown margin of the
また、当然ながら、第1の電圧供給トランジスタ931あるいは第2の電圧供給トランジスタ932の一方は第1の実施形態の接続を保持した形でも可能であることは言うまでもない。これは、以降の実施形態の昇圧セルにおいても同様である。
Of course, it goes without saying that one of the first
《第3の実施形態》
図3Aは本発明の第3の実施形態に係る昇圧回路の回路図であり、図3Bは図3Aの昇圧回路におけるクロック波形図である。図3Bでは、図1Bに対して、CLK4とCLK5とを追加している。
<< Third Embodiment >>
FIG. 3A is a circuit diagram of a booster circuit according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a clock waveform diagram in the booster circuit of FIG. 3A. In FIG. 3B, CLK4 and CLK5 are added to FIG. 1B.
図3Aにおいて、300は、昇圧セル201,301,302の容量素子929をVdd−Vssに対して並列接続して充電した後、直列接続にすることで、昇圧電圧Vpumpを発生する昇圧回路である。第2の実施形態からの変更点として、昇圧セル202を昇圧セル301に、昇圧セル203を昇圧セル302にそれぞれ置換えている。昇圧セル301,302は、昇圧セル301,302の容量素子929をVddに設定する第1の電圧供給トランジスタ931に加えて、CLK4に応じて昇圧セル301,302の容量素子929をVddに設定するサブトランジスタ303を追加し、また、昇圧セル301,302の容量素子929をVssに設定する第2の電圧供給トランジスタ932に加えて、CLK5に応じて昇圧セル301,302の容量素子929をVssに設定するサブトランジスタ304を追加している。
In FIG. 3A,
ここで、CLK4は、“H”時の電圧がVbt1≧Vdd+Vtであり、“L”から“H”への遷移時にCLK1に対して遅延して遷移するクロックである。Vbt1はCLK1の“H”時の出力電圧Vbtと同等でも、異なっていてもよい。また、CLK5は、“H”時の電圧がVddであり、“L”から“H”への遷移時にCLK2に対して遅延して遷移するクロックである。 Here, CLK4 is a clock whose voltage at “H” is Vbt1 ≧ Vdd + Vt, and is delayed with respect to CLK1 when transitioning from “L” to “H”. Vbt1 may be equal to or different from the output voltage Vbt when CLK1 is “H”. Further, CLK5 is a clock whose voltage at “H” is Vdd, and which transitions with a delay with respect to CLK2 at the transition from “L” to “H”.
なお、CLK4は、CLK1からの遅延手段による生成、あるいは基本クロックからの分周手段による生成などとブースト回路あるいは外部電圧を使用したVbt1生成などを組み合わせた一般的なクロック生成手段により生成できる。 CLK4 can be generated by a general clock generation means that combines generation by a delay means from CLK1, generation by a frequency division means from a basic clock, etc. and generation of Vbt1 using a boost circuit or an external voltage.
CLK5は、CLK2からの遅延手段による生成、あるいは基本クロックからの分周手段による生成などを利用した一般的なクロック生成手段により生成できる。 CLK5 can be generated by a general clock generation means using generation by a delay means from CLK2 or generation by a frequency division means from a basic clock.
図3Aの昇圧回路300の動作について、第2の実施形態からの追加分について説明する。
The operation of the
まず、Phase1の初期段階(昇圧状態から非昇圧状態への遷移)において、昇圧セル201,301,302の第1及び第2の電圧供給トランジスタ931,932は導通状態となり、電荷転送トランジスタ933は非導通状態となり、定常状態となった後、CLK4が“L”から“H”に遷移することで、昇圧セル301,302のトランジスタサブ303が導通状態となり、入力端子105〜107を1段構成のトランジスタによってVddに設定することができ、Vdd設定速度の低下を抑制できる。
First, in the initial stage of Phase 1 (transition from the boosted state to the non-boosted state), the first and second
また、CLK5が“L”から“H”に遷移することで、昇圧セル301,302のサブトランジスタ304が導通状態となり、昇圧セル301,302の端子930を1段構成のトランジスタによってVssに設定することができ、Vss設定速度の低下を抑制できる。
Further, when CLK5 transitions from “L” to “H”, the
なお、CLK4は、入力端子105〜107が一定電圧以下(例えば、サステイン耐圧マージンにを考慮して2Vdd以下と設定すれば、第1の電圧供給トランジスタ931のVdsはVdd以下に設定できる)になった後に遷移するように制御することで、サステイン耐圧マージンとVdd設定速度を最適化することができる。
Note that CLK4 is equal to or less than a certain voltage at the
また、CLK5は、昇圧セル301,302の端子930が一定電圧以下(例えば、サステイン耐圧マージンを考慮してVdd以下とすれば、第2の電圧供給トランジスタ932のVdsはVdd以下に設定できる)になった後に繊維するように制御することで、サステイン耐圧マージンとVss設定速度を最適化することができる。
Further, CLK5 is set so that the
これらによって、Vddを設定するトランジスタ931とサブトランジスタ303のサステイン耐圧マージンを確保しつつ、容量素子への充電速度の低下を抑制できる。
Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the charging speed of the capacitor while ensuring a sustain breakdown margin for the
また、Vssに設定するトランジスタ932とサブトランジスタ304のサステイン耐圧マージンを確保しつつ、容量素子への放電速度の低下を抑制できる。
In addition, it is possible to suppress a decrease in discharge rate to the capacitor while ensuring a sustain breakdown margin of the
《第4の実施形態》
図4Aは本発明の第4の実施形態に係る昇圧回路のブロック図であり、図4Bは図4Aの昇圧回路におけるクロック波形図である。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 4A is a block diagram of a booster circuit according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a clock waveform diagram in the booster circuit of FIG. 4A.
図4Aにおいて、400は、第2の実施形態の3段1並列構成を第1の並列昇圧回路401と第2の並列昇圧回路402とにそれぞれ用いて、3段2並列構成にしたものである。201a、201bは第2の実施形態の昇圧セル201に相当し、202a、202bは第2の実施形態の昇圧セル202に相当し、203a、203bは第2の実施形態の昇圧セル203に相当し、105a、105bは第2の実施形態の入力端子105に相当し、106a、106bは第2の実施形態の入力端子106に相当し、107a、107bは第2の実施形態の入力端子107に相当し、924a、924bは第2の実施形態の逆流防止回路924に相当している。
In FIG. 4A,
図4Bにおいて、CLK2aは第2の実施形態のCLK2に相当し、CLK2bはCLK2aに対し逆相のクロックであり、CLK3aは第2の実施形態のCLK3に相当し、CLK3bはCLK3aに対し逆相のクロックであり、例えば一方の並列昇圧回路401が昇圧状態にあるとき、他方の並列昇圧回路402は非昇圧状態にある。
In FIG. 4B, CLK2a corresponds to CLK2 of the second embodiment, CLK2b is a clock having a phase opposite to CLK2a, CLK3a corresponds to CLK3 of the second embodiment, and CLK3b has a phase opposite to CLK3a. For example, when one of the
第2の実施形態からの変更点は、図2AにてCLK1によって制御されていた昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートを、昇圧セル201b〜203bの入力端子105b〜107bに接続し、CLK1によって制御されていた昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートを、昇圧セル201a〜203aの入力端子105a〜107aに接続し、制御している点である。
The change from the second embodiment is that the gates of the first
これによって、昇圧回路400に対する入力波形を表す図4Bは、図2Bに対して、CLK1を削除したものとなる。
As a result, FIG. 4B showing the input waveform to the
図4Cは、図4A中の一方の並列昇圧回路402における各第1の電圧供給トランジスタ931の端子電圧を示す図である。
FIG. 4C is a diagram showing the terminal voltage of each first
Phase1において、第1の並列昇圧回路401は非昇圧状態であり、入力端子105a,106a,107aはVddとなる。一方、第2の並列昇圧回路402は昇圧状態であり、入力端子105bは2Vdd、入力端子106bは3Vdd、入力端子107bは4Vddとなる。
In
上記動作により、第1の並列昇圧回路401の昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートには、入力端子105b〜107bの電圧2Vddから4Vddが入力されて導通状態となる。
With the above operation, the voltages 2Vdd to 4Vdd of the
一方、第2の並列昇圧回路402の昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートには、入力端子105a〜107aの電圧Vddが入力されて非導通状態となる。
On the other hand, the voltage Vdd of the
Phase2は、Phase1における第1及び第2の並列昇圧回路401,402の動作が逆になったものである。
In
これにより、Vbtを供給するCLK1を削除して昇圧回路400を駆動することができる。また、図4CのPhase1にあるように、後段の昇圧セルになるほど第1の電圧供給トランジスタ931のゲート電圧を高くすることができ、直列接続される第1の電圧供給トランジスタ931の構成においては、オン抵抗を低くすることが可能となる。
Thus, CLK1 that supplies Vbt can be deleted and the
なお、第3の実施形態の昇圧セル構成においても同様の効果が期待され、他の構成においても効果が同じものであれば、この構成に限らなくてよい。 Note that the same effect is expected in the booster cell configuration of the third embodiment, and the configuration is not limited to this configuration as long as the effect is the same in other configurations.
《第5の実施形態》
図5Aは、本発明の第5の実施形態に係る昇圧回路のブロック図である。クロック波形図は図4Bのとおりである。
<< Fifth Embodiment >>
FIG. 5A is a block diagram of a booster circuit according to a fifth embodiment of the present invention. The clock waveform diagram is as shown in FIG. 4B.
図5Aにおいて、500は、第4の実施形態の第1及び第2の並列昇圧回路401,402で構成した3段2並列構成を変形したものである。第4の実施形態からの変更点は、昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートを入力端子105bに接続し、昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートを入力端子105aに接続し、制御している点である。
In FIG. 5A,
図5Bは、図5A中の一方の並列昇圧回路402における各第1の電圧供給トランジスタ931の端子電圧を示す図である。
FIG. 5B is a diagram showing a terminal voltage of each first
Phase1において、第1の並列昇圧回路401は非昇圧状態であり、入力端子105a,106a,107aはVddとなる。
In
一方、第2の並列昇圧回路402は昇圧状態であり、入力端子105bは2Vdd、入力端子106bは3Vdd、入力端子107bは4Vddとなる。
On the other hand, the second
上記動作により、第1の並列昇圧回路401の昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートには、入力端子105bの電圧2Vddが入力されて導通状態となる。
With the above operation, the voltage 2Vdd of the
一方、第2の並列昇圧回路402の昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートには、入力端子105aの電圧Vddが入力されて非導通状態となる。
On the other hand, the voltage Vdd of the
Phase2は、Phase1における第1及び第2の並列昇圧回路401,402の動作が逆になったものである。
In
これらによって、各昇圧セルの第1の電圧供給トランジスタ931のオン抵抗と酸化膜に印加される電圧を任意に設定することが可能となり、第1の電圧供給トランジスタ931のスイッチング速度低下による昇圧電流能力の低下を抑制し、かつ昇圧回路を安定して動作させることができる。
As a result, the on-resistance of the first
なお、各昇圧セルの第1の電圧供給トランジスタ931のオン抵抗と酸化膜に印加される電圧を考慮する方法として、第1の並列昇圧回路401の昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートには、入力端子105b〜107bのいずれでもよく、同様に、第2の並列昇圧回路402の昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートには、入力端子105a〜107aのいずれでもよい。
As a method of considering the ON resistance of the first
あるいは、第1の並列昇圧回路401の昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートをグルーピングして、入力端子105b〜107bのうち2つ以上を選択してもよく、同様に、第2の並列昇圧回路402の昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートをグルーピングして、入力端子105a〜107aのうち2つ以上を選択してもよい。
Alternatively, the gates of the first
また、第4の実施形態の変形例として説明したが、第1又は第3の実施形態の昇圧セルを用いても同様の効果があり、効果が同じものであれば、この構成に限らなくてよい。 Moreover, although it demonstrated as a modification of 4th Embodiment, even if it uses the pressure | voltage rise cell of 1st or 3rd Embodiment, there exists the same effect, if the effect is the same, it will not restrict to this structure. Good.
《第6の実施形態》
図6Aは本発明の第6の実施形態に係る昇圧回路のブロック図であり、図6Bは図6A中のブースト回路の詳細回路図である。
<< Sixth Embodiment >>
6A is a block diagram of a booster circuit according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a detailed circuit diagram of the boost circuit in FIG. 6A.
図6Aにおいて、600は、第4の実施形態の第1及び第2の並列昇圧回路401,402で構成した3段2並列構成を変形したものである。第4の実施形態からの変更点は、昇圧セル201aと昇圧セル201bとの電圧によって駆動されるブースト回路601を追加し、昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートをブースト回路601の出力端子602に接続して制御し、昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931のゲートをブースト回路601の出力端子603に接続して制御している点である。
In FIG. 6A,
ブースト回路601は、当該ブースト回路601の出力端子602,603をVddに設定する電圧供給トランジスタ606,607と、ブースト回路601の出力端子602,603を昇圧セル201a,201bのVsoの電位に応じてブーストする容量素子604,605とから構成される。
The
図6Cは、図6Aの昇圧回路600における各部電圧波形図である。
6C is a voltage waveform diagram of each part in the
Phase1において、第1の並列昇圧回路401は非昇圧状態であり、入力端子105a,106a,107aはVddとなる。
In
一方、第2の並列昇圧回路402は昇圧状態であり、入力端子105bは2Vdd、入力端子106bは3Vdd、入力端子107bは4Vddとなる。
On the other hand, the second
上記動作に伴って、昇圧セル201bのVso(端子930)がVssからVddとなることで、ブースト回路601の容量素子604がブーストされて、ブースト回路601の出力端子602がVddから2Vddとなり、昇圧セル201a〜203aの第1の電圧供給トランジスタ931が導通状態になる。
Along with the above operation, Vso (terminal 930) of the boosting
また、入力端子105bがVddから2Vddとなることで、ブースト回路601のトランジスタ607が導通状態となり、ブースト回路601の出力端子603にVddが出力され、昇圧セル201b〜203bの第1の電圧供給トランジスタ931が非導通状態になる。
Further, when the
Phase2は、Phase1における第1及び第2の並列昇圧回路401,402の動作が逆になったものである。
In
これらによって、各昇圧セルの容量素子929を使用せずに、各昇圧セルの第1の電圧供給トランジスタ931を制御できるため、各昇圧セルの寄生容量をほぼ等価でき、設計容易性が上がるとともに、ブースト容量、トランジスタの全てをVdd以下の耐圧で駆動可能であるため、低耐圧系トランジスタで構成可能であり、レイアウト面積の増加を抑制したブースト回路を実現することができる。
As a result, the first
なお、上記一例におけるブースト回路601は、昇圧セル201a,201bの出力電圧を利用する構成であったが、各昇圧セルの第1の電圧供給トランジスタ931の耐圧マージンが確保可能であれば、2段目以降の昇圧セル202aと202bの出力電圧、あるいは昇圧セル203aと203bの出力電圧を使用することも可能である。
The
また、当然ながら、昇圧セルとして、これまで述べてきた全ての昇圧セルを利用可能であり、いずれかの効果を共有するものであれば構成は、これに限らない。 Of course, as the booster cells, all the booster cells described so far can be used, and the configuration is not limited to this as long as any of the effects is shared.
《第7の実施形態》
図7Aは、本発明の第7の実施形態に係る昇圧回路の回路図である。図7Aにおいて、700は、第1の実施形態の昇圧回路と同様の3段1並列構成であり、第1の実施形態からの変更点は、初段の入力電圧を電源電圧Vddから任意の電圧V1へ設定を変更したことと、昇圧セル101〜103の第1の電圧供給トランジスタ931のソースへの供給電圧を電源電圧Vddから任意の電圧V2へ設定を変更したことである。上記設定電圧V1とV2の関係は、V1≧V2であればよい。
<< Seventh Embodiment >>
FIG. 7A is a circuit diagram of a booster circuit according to a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 7A,
図7Bは、図7A中の各昇圧セルの出力端子105,106,107の電圧を示す図である。
FIG. 7B is a diagram showing the voltages at the
Phase1(非昇圧状態)の時には、出力端子105,106,107は昇圧セル101,102,103の第1の電圧供給トランジスタ931を介してV2に設定され、Phase2(昇圧状態)の時には、出力端子105の電圧はV2+V1、出力端子106の電圧は2V2+V1、出力端子107の電圧は3V2+V1となる。
In Phase 1 (non-boosted state), the
したがって、V2とV1を制御することによって、電源電圧Vddに依存せずに各素子に印加される電圧範囲を制御でき、電源電圧の仕様範囲、あるいは変動範囲が大きい場合においても各素子の耐圧マージンを確保し、安定した昇圧動作が可能となる。 Therefore, by controlling V2 and V1, the voltage range applied to each element can be controlled without depending on the power supply voltage Vdd, and the breakdown voltage margin of each element even when the specification range or fluctuation range of the power supply voltage is large. Is ensured, and a stable boosting operation becomes possible.
なお、V1,V2の電圧は、一般的であるが、レギュレータ回路による生成や他の内部回路による生成、チップ外部からの供給等によって可能である。 The voltages V1 and V2 are general, but can be generated by a regulator circuit, generated by another internal circuit, supplied from the outside of the chip, or the like.
また、第7の実施形態では第1の実施形態によって例示したが、第2〜第6の実施形態においても同様の効果を得ることができる。 Further, although the seventh embodiment is exemplified by the first embodiment, similar effects can be obtained in the second to sixth embodiments.
《第8の実施形態》
図8Aは本発明の第8の実施形態に係る昇圧回路のブロック図である。クロック波形図は図4Bのとおりである。
<< Eighth Embodiment >>
FIG. 8A is a block diagram of a booster circuit according to the eighth embodiment of the present invention. The clock waveform diagram is as shown in FIG. 4B.
図8Aにおいて、800は、第5の実施形態の昇圧回路と同様の3段2並列構成を持つ昇圧回路であり、第1及び第2の並列昇圧回路401,402により構成される。第5の実施形態からの変更は、第1及び第2の逆流防止回路924a,924bの構成を図8Aに示した第1及び第2の逆流防止回路801,802に変更した点である。
8A,
第1及び第2の逆流防止回路801,802は互いに同様の構成であるので、第1の逆流防止回路801について述べる。
Since the first and second
第1の逆流防止回路801は、第1の並列昇圧回路401の出力端子107aと昇圧回路800の出力端子Vpumpとの間にスイッチ手段であるスイッチ803とスイッチ804とを備え、スイッチ803と804との間にはCLK2aに応じて昇圧される容量素子808を備えている。
The first
スイッチ803は、第2の逆流防止回路802の中間端子810の電位がVpump−Vt以下のとき導通状態となるスイッチ805を介して第1の逆流防止回路801の中間端子809の電位が供給されて非導通状態となり、CLK2aが“H”から“L”に遷移して容量素子807が降圧されることによって導通状態となる。
The
スイッチ804は、第2の逆流防止回路802の中間端子810の電位に応じて制御され、スイッチ803とスイッチ804は一方が導通状態の時、他方は非導通状態となる。
The
図8Bは、図8A中の各昇圧セル及び逆流防止回路における端子電圧の遷移を示す図である。 FIG. 8B is a diagram showing transition of terminal voltages in each booster cell and the backflow prevention circuit in FIG. 8A.
時刻T1の直後、第1の並列昇圧回路401は昇圧状態であり、入力端子105aは2Vdd、入力端子106aは3Vdd、入力端子107aは4Vddである。
Immediately after time T1, the first
一方、第2の並列昇圧回路402は非昇圧状態であり、入力端子105b,106b,107bはVddである。
On the other hand, the second
また、CLK2aが“L”、CLK2bが“H”であるため、第1の逆流防止回路801は、スイッチ805、スイッチ804が非導通状態、スイッチ803が導通状態となっており、第1の並列昇圧回路401により入力端子107aに発生された昇圧電圧がスイッチ803を介して容量素子808に転送されている。
In addition, since CLK2a is “L” and CLK2b is “H”, the first
一方、第2の逆流防止回路802は、スイッチ805が導通状態となっており、中間端子810の電圧が印加されることでスイッチ803が非導通状態となる。また、CLK2bにより昇圧されて容量素子808に蓄積された電荷が、スイッチ804を介して昇圧回路800の出力端子に転送される。
On the other hand, in the second
Phase1となり、第1の並列昇圧回路401は昇圧状態(Phase2)から非昇圧状態(Phase1)に遷移し、入力端子105a,106a,107aはVddとなる。
一方、第2の並列昇圧回路402は非昇圧状態(Phase2)から昇圧状態(Phase1)に遷移し、入力端子105bは2Vdd、入力端子106bは3Vdd、入力端子107bは4Vddとなる。
On the other hand, the second
このとき、CLK2aが“L”から“H”、CLK2bが“H”から“L”と遷移するため、第1の逆流防止回路801は、スイッチ805が導通状態となり、中間端子809の電圧が印加されることでスイッチ803が非導通状態となる。また、CLK2bが“L”から“H”に遷移することにより昇圧されて容量素子808に蓄積された電荷が、スイッチ804を介して昇圧回路800の出力端子に転送される。
At this time, since CLK2a transits from “L” to “H” and CLK2b transits from “H” to “L”, the first
一方、第2の逆流防止回路802は、中間端子809の電圧が昇圧されることでスイッチ805、スイッチ804が非導通状態となり、容量素子807により降圧されてスイッチ803が導通状態となる。
On the other hand, in the second
このとき、第2の並列昇圧回路402の入力端子107bの電圧が昇圧される前に、CLK2bによってスイッチ803が導通状態となった時、容量素子808の電荷が一度入力端子107bに逆流するが、スイッチ804が非導通状態となっているため、昇圧回路800の出力電位Vpumpの変動はなく、第2の並列昇圧回路402により入力端子107bが昇圧されることによって、スイッチ803を介して容量素子808に再度転送される。
At this time, when the
これにより、図8Bの昇圧側に示すように、非昇圧状態から昇圧状態への遷移において、電荷の逆流は発生するが、昇圧回路800の出力電位Vpumpの電圧変動(リップル)には無関係にすることができる。
As a result, as shown on the boosting side in FIG. 8B, a reverse flow of charge occurs in the transition from the non-boosting state to the boosting state, but is independent of the voltage fluctuation (ripple) of the output potential Vpump of the boosting
つまり、第1の並列昇圧回路401(あるいは第2の並列昇圧回路402)と昇圧回路800の出力端子との間に、相補的に動作する複数段のスイッチ(例えばスイッチ803,804)を設け、これらのスイッチ間に容量素子を備えたことで、逆流防止回路用にクロック信号を生成せずとも、昇圧回路800の出力電位の変動(リップル電圧)を抑制できる。
That is, a plurality of switches (for example, switches 803 and 804) operating in a complementary manner are provided between the first parallel booster circuit 401 (or the second parallel booster circuit 402) and the output terminal of the
更に、逆流防止回路の複数段のスイッチ間の容量を昇圧することで、昇圧機能を備えることが可能であり、無駄な面積をなくし、更に昇圧電流能力を向上させることが可能となる。 Furthermore, it is possible to provide a boosting function by boosting the capacitance between the switches of the plurality of stages of the backflow prevention circuit, thereby eliminating a useless area and further improving the boosting current capability.
なお、第8の実施形態においては、逆流防止回路を2並列にして説明したが、上記機能の実現は1並列でも可能であり、第8の実施形態と効果が同じであれば、構成はこれに限らない。 In the eighth embodiment, the backflow prevention circuit has been described in two parallel, but the above function can be realized in one parallel, and the configuration is the same as long as the effect is the same as in the eighth embodiment. Not limited to.
図9は、図8Aの第1及び第2の逆流防止回路801,802に使用されているスイッチをトランジスタとして記述したものであり、効果は同様であり、説明は割愛する。
FIG. 9 shows the switches used in the first and second
以上説明してきたとおり、本発明に係る昇圧回路は、当該昇圧回路の各素子の耐圧マージンを改善し、かつ電荷転送効率の低下を抑制しつつ、セットアップ時間を短縮できる特徴を有し、不揮発性半導体記憶装置として有用である。またDRAM等の揮発性半導体装置や、液晶装置、携帯機器の電源回路等の用途にも応用できる。 As described above, the booster circuit according to the present invention has the characteristics that the breakdown voltage margin of each element of the booster circuit can be improved and the setup time can be shortened while the decrease in charge transfer efficiency is suppressed. It is useful as a semiconductor memory device. It can also be applied to applications such as volatile semiconductor devices such as DRAM, liquid crystal devices, and power supply circuits for portable devices.
100,200,300 昇圧回路
101〜103 昇圧セル
201〜203 昇圧セル
201a〜203a 昇圧セル
201b〜203b 昇圧セル
301,302 昇圧セル
303,304 サブトランジスタ
400,500,600,700 昇圧回路
401,402 並列昇圧回路
601 ブースト回路
800 昇圧回路
801,802 並列逆流防止回路
803〜805 スイッチ
807,808 容量素子
924 逆流防止回路
924a,924b 逆流防止回路
929 容量素子
931 第1の電圧供給トランジスタ
932 第2の電圧供給トランジスタ
933 電荷転送トランジスタ
100, 200, 300 Booster circuit 101-103 Booster cell 201-203
Claims (23)
前記複数段の昇圧セルのうち少なくとも1つの昇圧セルの前記第1のスイッチ手段は、当該昇圧セルより1つ以上前段の昇圧セルの前記入力端子の電圧に応じて制御されることを特徴とする昇圧回路。 A booster circuit comprising a plurality of booster cells each having an input terminal, an output terminal, a first switch means and a first capacitor connected between the input terminal and the output terminal,
The first switch means of at least one boosting cell among the plurality of boosting cells is controlled according to the voltage of the input terminal of one or more boosting cells before the boosting cell. Boost circuit.
前記昇圧セルのうち、少なくとも1つ以上の昇圧セルの前記第1のスイッチ手段と前記第1の容量素子とは、当該昇圧セルの前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続されていることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 1,
Of the booster cells, the first switch means and the first capacitor element of at least one booster cell are connected in series between the input terminal and the output terminal of the booster cell. A booster circuit characterized by comprising:
前記昇圧セルのうち少なくとも1つ以上の昇圧セルは、
当該昇圧セルの前記出力端子と第1の端子との間に接続された第2のスイッチ手段と、
当該昇圧セルの前記第1のスイッチ手段と前記第1の容量素子との接続点である第1の中間端子と第2の端子との間に接続された第3のスイッチ手段とを更に有することを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 1 or 2,
At least one boost cell among the boost cells is
A second switch means connected between the output terminal and the first terminal of the booster cell;
And further comprising third switch means connected between a first intermediate terminal and a second terminal, which is a connection point between the first switch means and the first capacitive element of the boosting cell. A booster circuit.
前記第1の端子が第1の電圧に接続されていることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 3, wherein
The booster circuit, wherein the first terminal is connected to a first voltage.
前記第2の端子が第2の電圧に接続されていることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 3, wherein
A booster circuit characterized in that the second terminal is connected to a second voltage.
前記第1の端子が当該昇圧セルより1つ以上前段の昇圧セルの前記出力端子に接続されていることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 3, wherein
The booster circuit, wherein the first terminal is connected to the output terminal of one or more booster cells preceding the booster cell.
前記第2の端子が当該昇圧セルより1つ以上前段の昇圧セルの前記第1の中間端子に接続されていることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 3, wherein
The booster circuit, wherein the second terminal is connected to the first intermediate terminal of one or more booster cells before the booster cell.
請求項4又は6のいずれかの構成と請求項5又は7のいずれかの構成とを更に組合わせて構成されたことを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to claim 3, wherein
A booster circuit comprising a combination of the configuration of any of claims 4 and 6 and the configuration of any of claims 5 or 7.
前記複数段の昇圧セルのうち少なくとも1つの昇圧セルは、
当該昇圧セルの前記出力端子と前記第1の電圧との間に接続された第4のスイッチ手段と、当該昇圧セルの前記第1の中間端子と前記第2の電圧との間に接続された第5のスイッチ手段とのうち少なくとも一方を更に有することを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to any one of claims 3 to 8,
At least one boosting cell among the plurality of boosting cells is:
Fourth switch means connected between the output terminal of the booster cell and the first voltage, and connected between the first intermediate terminal of the booster cell and the second voltage. A booster circuit further comprising at least one of fifth switch means.
前記第1及び第2の並列昇圧回路のうち一方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記第2のスイッチ手段は、他方の並列昇圧回路に備えられた前記複数の昇圧セルのうちいずれかの昇圧セルの前記出力端子の電圧に応じて制御されることを特徴とする昇圧回路。 Comprising first and second parallel booster circuits each having the configuration of the booster circuit according to any one of claims 3 to 9,
The second switch means of the booster cell provided in one parallel booster circuit of the first and second parallel booster circuits is any of the plurality of booster cells provided in the other parallel booster circuit. A booster circuit controlled according to the voltage of the output terminal of the booster cell.
前記第1及び第2の並列昇圧回路のうち一方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記第2のスイッチ手段は、他方の並列昇圧回路に備えられた初段の昇圧セルの前記出力端子の電圧に応じて制御されることを特徴とする昇圧回路。 Comprising first and second parallel booster circuits each having the configuration of the booster circuit according to any one of claims 3 to 9,
The second switch means of the booster cell provided in one parallel booster circuit of the first and second parallel booster circuits is connected to the output terminal of the first booster cell provided in the other parallel booster circuit. A booster circuit controlled according to a voltage.
前記第1及び第2の並列昇圧回路のうち一方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記出力端子の電圧と、他方の並列昇圧回路に備えられた昇圧セルの前記第1の中間端子の電圧とに応じて、当該一方の並列昇圧回路に備えられた1つ以上の昇圧セルの前記第2のスイッチ手段を制御するためのブースト回路とを備えたことを特徴とする昇圧回路。 First and second parallel booster circuits each having the configuration of the booster circuit according to any one of claims 3 to 9,
Of the first and second parallel booster circuits, the voltage at the output terminal of the booster cell provided in one parallel booster circuit and the first intermediate terminal of the booster cell provided in the other parallel booster circuit. A booster circuit comprising: a boost circuit for controlling the second switch means of one or more booster cells provided in the one parallel booster circuit according to the voltage.
前記第1の電圧は外部より供給される電源電圧であり、前記第2の電圧は外部より供給される接地電圧であることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to any one of claims 3 to 12, wherein
2. The booster circuit according to claim 1, wherein the first voltage is a power supply voltage supplied from outside, and the second voltage is a ground voltage supplied from outside.
前記第1の電圧は任意の正電圧であり、前記第2の電圧は任意の基準電圧であることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to any one of claims 3 to 12, wherein
The booster circuit according to claim 1, wherein the first voltage is an arbitrary positive voltage, and the second voltage is an arbitrary reference voltage.
前記第1のスイッチ手段が前記第2あるいは第3のスイッチ手段と耐圧仕様が異なることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to any one of claims 3 to 14,
The booster circuit according to claim 1, wherein the first switch means has a withstand voltage specification different from that of the second or third switch means.
前記第1の容量が前記第2あるいは第3のスイッチ手段と耐圧仕様が異なることを特徴とする昇圧回路。 The booster circuit according to any one of claims 3 to 14,
The booster circuit according to claim 1, wherein the first capacitor has a withstand voltage specification different from that of the second or third switch means.
第1の期間に、
前記逆流防止回路の入力端子の電荷を第2の中間端子に転送する第1の転送手段と、
前記第2の中間端子に電荷を蓄積する電荷蓄積手段とを有し、
第2の期間に、
前記第2の中間端子の電圧を印加して前記第1の転送手段を非導通状態とする第1の制御手段と、
前記第2の中間端子に蓄積された前記電荷を前記昇圧回路の出力端子に転送する第2の転送手段とを有することを特徴とする逆流防止回路。 A backflow prevention circuit interposed between the output terminal of the final booster cell and the output terminal of the booster circuit among the multiple booster cells in the booster circuit,
In the first period,
First transfer means for transferring the charge at the input terminal of the backflow prevention circuit to a second intermediate terminal;
Charge storage means for storing charge in the second intermediate terminal;
During the second period,
First control means for applying a voltage at the second intermediate terminal to place the first transfer means in a non-conductive state;
And a second transfer means for transferring the charge accumulated in the second intermediate terminal to an output terminal of the booster circuit.
容量素子に接続された前記第2の中間端子と異なる他方の端子に制御信号を印加することを特徴とする逆流防止回路。 The backflow prevention circuit according to claim 17,
A backflow prevention circuit, wherein a control signal is applied to the other terminal different from the second intermediate terminal connected to the capacitor.
入力端子、中間端子及び出力端子と、
前記入力端子と前記中間端子との間に接続された第1のスイッチ手段と、
前記中間端子と前記出力端子との間に接続された第2のスイッチ手段と、
前記中間端子と前記第1のスイッチ手段との間に接続された第3のスイッチ手段と、
前記中間端子に接続された第1の容量素子とを備えたことを特徴とする逆流防止回路。 A backflow prevention circuit interposed between the final booster cell of the booster cells in the booster circuit and the output terminal of the booster circuit,
An input terminal, an intermediate terminal and an output terminal;
First switch means connected between the input terminal and the intermediate terminal;
Second switch means connected between the intermediate terminal and the output terminal;
Third switch means connected between the intermediate terminal and the first switch means;
A backflow prevention circuit comprising: a first capacitor connected to the intermediate terminal.
前記容量素子は、クロック信号に応じて昇圧されることを特徴とする逆流防止回路。 The backflow prevention circuit according to claim 19,
2. The backflow prevention circuit according to claim 1, wherein the capacitance element is boosted according to a clock signal.
前記第1及び第2の並列逆流防止回路の各々は、当該一方の並列逆流防止回路に入力される制御信号に応じて制御される第2の容量素子と、他方の並列逆流防止回路の前記中間端子の電圧により制御される第3のスイッチ手段とから構成された状態制御回路を更に有し、
前記第1及び第2の並列逆流防止回路のうち一方の並列逆流防止回路の前記第1のスイッチ手段は、当該並列逆流防止回路の前記状態制御回路により制御され、かつ、
前記第1及び第2の並列逆流防止回路のうち一方の並列逆流防止回路の前記第2のスイッチ手段は、他方の並列逆流防止回路の前記中間端子の電圧により制御されることを特徴とする逆流防止回路。 Comprising first and second parallel backflow prevention circuits each having the configuration of the backflow prevention circuit according to claim 19;
Each of the first and second parallel backflow prevention circuits includes a second capacitive element controlled according to a control signal input to the one parallel backflow prevention circuit and the intermediate between the other parallel backflow prevention circuit. A state control circuit comprising third switch means controlled by the terminal voltage;
The first switch means of one parallel backflow prevention circuit of the first and second parallel backflow prevention circuits is controlled by the state control circuit of the parallel backflow prevention circuit, and
The second switch means of one parallel backflow prevention circuit of the first and second parallel backflow prevention circuits is controlled by the voltage of the intermediate terminal of the other parallel backflow prevention circuit. Prevention circuit.
前記制御信号はクロック信号であることを特徴とする逆流防止回路。 The backflow prevention circuit according to claim 18 or 21,
The backflow prevention circuit according to claim 1, wherein the control signal is a clock signal.
請求項17〜22のいずれか1項に記載の逆流防止回路を更に備えたことを特徴とする昇圧回路。 The step-up circuit according to any one of claims 3 to 16,
A booster circuit further comprising the backflow prevention circuit according to any one of claims 17 to 22.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007145893A JP2008301631A (en) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | Step-up circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007145893A JP2008301631A (en) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | Step-up circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008301631A true JP2008301631A (en) | 2008-12-11 |
Family
ID=40174606
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007145893A Pending JP2008301631A (en) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | Step-up circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008301631A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012529880A (en) * | 2009-06-08 | 2012-11-22 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | Method and circuit for charging and discharging circuit nodes |
-
2007
- 2007-05-31 JP JP2007145893A patent/JP2008301631A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012529880A (en) * | 2009-06-08 | 2012-11-22 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | Method and circuit for charging and discharging circuit nodes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9013229B2 (en) | Charge pump circuit | |
KR101629812B1 (en) | Charge pump circuit comprising multiple gate transistors and method of operating the same | |
TW578377B (en) | Charge-pump circuit and method for controlling the same | |
US7932770B2 (en) | Charge pump circuit | |
KR20140008324A (en) | Charge pump systems with reduction in inefficiencies due to charge sharing between capacitances | |
Anil et al. | A high efficiency charge pump for low voltage devices | |
CN109994469B (en) | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips | |
KR20130093303A (en) | Charge pumping device and unit cell thereof | |
TWI520490B (en) | High voltage generator and method of generating high voltage | |
US7511559B2 (en) | Booster circuit | |
JP2008253031A (en) | Charge pump circuit | |
US20090309650A1 (en) | Booster circuit | |
Yan et al. | A high efficiency all-PMOS charge pump for low-voltage operations | |
Zhang et al. | Gain-enhanced monolithic charge pump with simultaneous dynamic gate and substrate control | |
CN107968563B (en) | Charge pump | |
CN110601528A (en) | Charge pump and storage device | |
JP2008301631A (en) | Step-up circuit | |
US7924086B2 (en) | Boosting circuit | |
JP2009289979A (en) | Booster circuit | |
KR100573780B1 (en) | Charge pump | |
KR20180057510A (en) | Boosting circuit and nonvolatile memory having the same | |
Kailuke et al. | Design and implementation of low power dickson charge pump in 0.18 μm CMOS process | |
US6738273B2 (en) | Charge pump drive signal recovery circuit | |
Hwang et al. | A low power cross-coupled charge pump with charge recycling scheme | |
JP5185908B2 (en) | Charge pump circuit |