JP3038708B1 - チャージポンプ型昇圧回路 - Google Patents
チャージポンプ型昇圧回路Info
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Abstract
する。 【解決手段】 第1の昇圧回路4の出力端N11、N2
1にはそれぞれ駆動パルスφ1、φ2がコンデンサC1
1、C21を介して供給され、一方、第2の昇圧回路5
の出力端N12、N22にはそれぞれ駆動パルスφ1、
φ2を入れ替えてコンデンサC12、C22を介し供給
されている。したがって、ゲート−ソース間のオーバー
ラップ容量Co2、Co3を通じて駆動パルスφ1、φ
2の電圧変化の影響が回路出力端子3に現れたとして
も、それらの電圧変動は逆相であるため、相互に打ち消
し合って、駆動パルスに同期した出力電圧の変動が解消
する。
Description
圧回路に関するものである。
は、必要な高さの電圧を得るためにチャージポンプ型昇
圧回路を用いている。しかし、従来のチャージポンプ型
昇圧回路により昇圧生成した電圧には駆動パルスに同期
した電圧変動が存在し、この電圧変動は、昇圧電圧を電
源として用いる回路に電圧変動ノイズとして悪影響を及
ぼす場合があった。
ついて図面を参照して説明する。図3は従来のチャージ
ポンプ型昇圧回路の一例を示す回路図である。このチャ
ージポンプ型昇圧回路102は、電源1の電圧(VD
D)を3倍近くに昇圧するものであり、電源1と回路出
力端子3との間にゲートとドレインを共通に接続したN
(N型)MOSトランジスタ3個を、それぞれ順方向が
出力端子3に向かう方向と一致するようにして直列に接
続した構成となっている。1段目のNMOSトランジス
タM1はゲートとドレインが電源1に接続され、2段目
のNMOSトランジスタM2はゲートとドレインがNM
OSトランジスタM1の出力端N1に、3段目のNMO
SトランジスタM3はゲートとドレインがNMOSトラ
ンジスタM2の出力端N2にそれぞれ接続され、NMO
SトランジスタM3のソースは回路出力端子3に接続さ
れている。そして、回路出力端子3とグランド(基準電
位点)との間には負荷容量CLが存在する。
のゲートと回路出力端子3との間にはトランジスタM3
のゲート−ソース間のオーバーラップ容量Co1(図3
において点線の枠Aで囲まれている)が存在する。そし
て、1段目、2段目のNMOSトランジスタM1、M2
の出力端N1、N2にはコンデンサC1、C2を介して
互いに逆相の駆動パルスφ1、φ2がそれぞれ印加され
ている。駆動パルスφ1、φ2の電圧の変化幅は電源電
圧にほぼ等しいものとなっている。
ジポンプ型昇圧回路102の動作について説明する。図
4の(A)ないし(C)は図3のチャージポンプ型昇圧
回路102の動作を示すタイミング波形図であり、
(A)および(B)はそれぞれ駆動パルスφ1、φ2を
示し、(C)は各段階の昇圧電圧を示している。図4の
(C)において実線は電源電圧、点線は出力端N1にお
ける昇圧電圧V1、一点鎖線は出力端N2における昇圧
電圧V2、二点鎖線は回路出力端子3における最終的な
昇圧電圧VOUTをそれぞれ表している。
ランジスタM1、M2、M3はすべて導通状態となって
いる。この状態で駆動パルスφ1がコンデンサC1を介
して入力されると、まず駆動パルスφ1がL(ロー)レ
ベルの時、NMOSトランジスタM1のドレイン、ゲー
トは電源電圧VDDと同電位になるため、出力端N1は
電源電圧VDDよりNMOSトランジスタM1の閾値電
圧VT1だけ低くなった電位(VDD−VT1)とな
る。
になるとその振幅分だけ出力端N1の電圧V1が昇圧さ
れる(但し出力端N1に存在する負荷容量はコンデンサ
C1より十分小さいものとする。)。このとき出力端N
1の昇圧された電圧V1より電源電圧VDDの方が低く
なり、NMOSトランジスタM1は非導通状態となり出
力端N1の電圧は昇圧された状態に保持される。またN
MOSトランジスタM2のゲートとドレインは昇圧され
た電圧V1と同電位であり、このときコンデンサC2を
介して印可される駆動パルスφ2は、駆動パルスφ1と
逆相であるため、Lレベルである。したがってNMOS
トランジスタM2の出力端N2は出力端N1の昇圧され
た電圧V1よりNMOSトランジスタM2の閾値電圧V
T2だけ低い電位となる。
と、NMOSトランジスタM2の出力端N2の電圧V2
はその振幅分昇圧される(但し出力端N2に存在する負
荷容量はコンデンサC2より十分小さいものとす
る。)。またこのとき出力端N1の電圧は、駆動パルス
φ1がLレベルになることから(VDD−VT1)のレ
ベルとなり、NMOSトランジスタM2は逆バイアスさ
れるために非導通状態となって出力端N2の電圧V2は
昇圧された状態で保持される。
MOSトランジスタM3は導通状態になり、電圧V2は
NMOSトランジスタM3を通じ、出力電圧VOUTと
して回路出力端子3より出力されることになる。ただ
し、NMOSトランジスタM3において、その閾値電圧
だけ電圧が低下するため、出力電圧VOUTは昇圧され
た電圧V2より閾値電圧VT3だけ低い電圧となる。そ
の後、駆動パルスφ2がLレベルになるとNMOSトラ
ンジスタM3は非導通状態になり、出力電圧VOUTが
保持される。その結果、回路出力端子3からは電源1の
電圧を3倍近くに昇圧した電圧が出力されることにな
る。
来のチャージポンプ型昇圧回路102では、回路出力端
子3は容量Co1を介して出力端N2に接続されている
ため、トランジスタM3が非導通状態となっていても、
駆動パルスφ2がHからLレベルに変化して出力端N2
の電圧が下がると、回路出力端子3の電圧、すなわち出
力電圧VOUTは若干ではあるが低下してしまう。この
電圧低下の大きさΔVOUTは、
スφ2がHからLへ変化するときの電圧変化幅、CLは
回路出力端子3とグランドの間に接続された負荷容量で
ある。すなわち、出力電圧VOUTは、駆動パルスφ2
がHからLレベルに変化するとき、これに同期してΔV
OUTの幅で電圧の低下を起こすことになる。
ャージポンプ型昇圧回路102の出力電圧を電源として
用い、例えば電荷検出部のリセットドレイン電圧として
使用した場合には、リセットドレイン電圧が上記駆動パ
ルスφ2に同期して変動するため、電荷検出電圧のオフ
セットレベルも同様に変動することになり、このオフセ
ットレベルの変動によるノイズが固体撮像装置から出力
される映像信号に混入してしまう。特に映像信号を増幅
して出力する固体撮像装置の場合にはこのノイズはいっ
そう大きいものとなる。
圧のこのような変動を緩和すべく負荷容量CLを大きく
して電圧の平滑化能力を高めることも可能であるが、そ
れには実装面積の大幅な拡大を伴い、しかも、負荷容量
CLを大きくするだけでは出力変動を十分に抑えること
は困難である。
なされたもので、その目的は、駆動パルスに同期した出
力電圧の変動を解消したチャージポンプ型昇圧回路を提
供することにある。
型昇圧回路は、上記目的を達成するため、ゲートとドレ
インとを接続した複数の第1のトランジスタを、ドレイ
ンが電源側となるようにして電源と出力端子との間に直
列に接続し、隣接する前記第1のトランジスタどうしの
各共通接続点に交互に逆相の駆動パルスを印加する構成
のチャージポンプ型昇圧回路において、ゲートとドレイ
ンとを接続した第2のトランジスタをさらに含み、前記
第2のトランジスタのドレインは、前記出力端子から2
番目と3番目の前記第1のトランジスタの共通接続点に
接続され、前記第2のトランジスタのソースは前記出力
端子に接続され、前記駆動パルスは、前記隣接する前記
第1のトランジスタどうしの各共通接続点にコンデンサ
を介して印加されることを特徴とする。
ンに供給される駆動パルスの電圧変化の影響が、出力端
子に接続された第1のトランジスタのゲート−ソース間
のオーバーラップ容量を通じて出力端子の電圧に現れた
としても、この影響は、第2のトランジスタのゲート−
ソース間のオーバーラップ容量を通じて現れる、第2の
トランジスタのドレインに供給される逆相の駆動パルス
の電圧変化の影響により打ち消され、その結果、出力端
子において電圧変動は発生しない。
て図面を参照して説明する。図1は本発明によるチャー
ジポンプ型昇圧回路の一例を示す回路図である。図1に
示したチャージポンプ型昇圧回路16は、NMOSトラ
ンジスタM4を追加した点で図3に示した従来のチャー
ジポンプ型昇圧回路102と異なっている。トランジス
タM4は、図1に示したように、ゲートとドレインが出
力端N1に、ソースが回路出力端子3に接続されてい
る。そして、最終段のNMOSトランジスタM3のゲー
トと回路出力端子3との間にはゲート−ソース間のオー
バーラップ容量Co1が存在するのと同様に、NMOS
トランジスタM4のゲートと回路出力端子2との間にも
ゲート−ソース間オーバーラップ容量Co4(図中、点
線の枠Dにより囲まれている)が存在する。
プ型昇圧回路16の動作について説明する。図2の
(A)ないし(C)は本実施の形態例の動作を示すタイ
ミング波形図である。(A)および(B)はそれぞれ駆
動パルスφ1、φ2を示し、(C)は各昇圧段階の昇圧
電圧を示している。図2の(C)において実線は電源電
圧、点線18は出力端N1における昇圧電圧V1、一点
鎖線20は出力端N2における昇圧電圧V2をそれぞれ
表している。また、二点鎖線24は出力端子3から出力
される出力電圧VOUTを表している。
は従来と同じであるため、ここではその説明は省略す
る。図1に示したように、NMOSトランジスタM4の
ゲートとドレインは出力端N1に接続されているので、
その電圧は電圧V1となり、一方、トランジスタM4の
ソースは出力端子3に接続されているので、その電圧は
出力電圧VOUTとなる。そのため、図2の(C)の波
形図から分かるように、電圧V1は常に出力電圧VOU
Tより低い電圧であり、NMOSトランジスタM4は常
に非導通状態となる。
トと回路出力端子3との間のオーバーラップ容量Co1
は出力端N2と回路出力端子3との間に接続されている
のに対して、NMOSトランジスタM4のゲートと回路
出力端子3との間のオーバーラップ容量Co4は出力端
N1と回路出力端子3との間に接続されている。したが
って、従来の回路の容量Co1を介することによって生
じる、電圧V2の電圧変化に同期した(駆動パルスφ2
に同期した)出力電圧の変動は、同時に容量Co4を介
することによって生じる、電圧V2の逆相の電圧変化
(電圧V1の変化)に同期した出力電圧の変動によりキ
ャンセルされ、出力電圧VOUTは常に一定となる。た
だし、出力端N1および出力端2に存在する負荷容量
は、コンデンサC1およびC2より充分小さいものとす
る。
スタM3とNMOSトランジスタM4の大きさをできる
だけ同じにすることによりオーバーラップ容量Co1、
Co4が互いに等しくなり、上記キャンセル効果がいっ
そう向上する。
ドレインとを接続した複数の第1のトランジスタを、ド
レインが電源側となるようにして電源と出力端子との間
に直列に接続し、隣接する前記第1のトランジスタどう
しの各共通接続点に交互に逆相の駆動パルスを印加する
構成のチャージポンプ型昇圧回路において、ゲートとド
レインとを接続した第2のトランジスタをさらに含み、
前記第2のトランジスタのドレインは、前記出力端子か
ら2番目と3番目の前記第1のトランジスタの共通接続
点に接続され、前記第2のトランジスタのソースは前記
出力端子に接続され、前記駆動パルスは、前記隣接する
前記第1のトランジスタどうしの各共通接続点にコンデ
ンサを介して印加されることを特徴とする。
ンに供給される駆動パルスの電圧変化の影響が、出力端
子に接続された第1のトランジスタのゲート−ソース間
のオーバーラップ容量を通じて出力端子の電圧に現れた
としても、この影響は、第2のトランジスタのゲート−
ソース間のオーバーラップ容量を通じて現れる、第2の
トランジスタのドレインに供給される逆相の駆動パルス
の電圧変化の影響により打ち消され、その結果、出力端
子において電圧変動は発生しない。
を示す回路図である。
すタイミング波形図である。
回路図である。
昇圧回路の動作を示すタイミング波形図である。
ジポンプ型昇圧回路、C1、C2……コンデンサ、CL
……負荷容量、Co1、Co4……ゲート−ソース間オ
ーバーラップ容量、M1、M2、M3、M4…NMOS
トランジスタ、102……チャージポンプ型昇圧回路。
Claims (5)
- 【請求項1】 ゲートとドレインとを接続した複数の第
1のトランジスタを、ドレインが電源側となるようにし
て電源と出力端子との間に直列に接続し、隣接する前記
第1のトランジスタどうしの各共通接続点に交互に逆相
の駆動パルスを印加する構成のチャージポンプ型昇圧回
路において、 ゲートとドレインとを接続した第2のトランジスタをさ
らに含み、 前記第2のトランジスタのドレインは、前記出力端子か
ら2番目と3番目の前記第1のトランジスタの共通接続
点に接続され、 前記第2のトランジスタのソースは前記出力端子に接続
され、 前記駆動パルスは、前記隣接する前記第1のトランジス
タどうしの各共通接続点にコンデンサを介して印加され
ることを特徴とするチャージポンプ型昇圧回路。 - 【請求項2】 前記出力端子に接続された前記第1およ
び第2のトランジスタはほぼ同じ大きさに形成されてい
ることを特徴とする請求項1記載のチャージポンプ型昇
圧回路。 - 【請求項3】 前記第1および第2のトランジスタはN
型のMOSトランジスタであり、各トランジスタのドレ
インは電源側に接続されていることを特徴とする請求項
1または2記載のチャージポンプ型昇圧回路。 - 【請求項4】 固体撮像装置に電源として組み込まれて
いることを特徴とする請求項1乃至3に何れか1項記載
のチャージポンプ型昇圧回路。 - 【請求項5】 前記電源と前記出力端子との間に3つの
前記第1のトランジスタが直列に接続され、前記駆動パ
ルスは第1の駆動パルスと前記第1の駆動パルスと逆相
の第2の駆動パルスとから成り、前記出力端子から1番
目と2番目の前記第1のトランジスタの共通接続点に前
記第2の駆動パルスが印加され、前記出力端子から2番
目と3番目の前記第1のトランジスタの共通接続点に、
前記第1の駆動パルスが印加されることを特徴とする請
求項1記載のチャージポンプ型昇圧回路。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP10343654A JP3038708B1 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | チャージポンプ型昇圧回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10343654A JP3038708B1 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | チャージポンプ型昇圧回路 |
Publications (2)
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ID=18363213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10343654A Expired - Fee Related JP3038708B1 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | チャージポンプ型昇圧回路 |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7709777B2 (en) * | 2003-06-16 | 2010-05-04 | Micron Technology, Inc. | Pumps for CMOS imagers |
-
1998
- 1998-12-03 JP JP10343654A patent/JP3038708B1/ja not_active Expired - Fee Related
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