JP5143483B2

JP5143483B2 - 昇圧回路、およびその昇圧回路を備える集積回路

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Publication number: JP5143483B2
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Description

本発明は、昇圧回路、およびその昇圧回路を備える集積回路に関する。

携帯機器の表示装置を駆動するドライバＩＣ等には昇圧回路が内蔵されている。昇圧回路は、入力電圧の２倍より高い電圧の出力が可能なチャージポンプ型昇圧回路が知られている。チャージポンプ型昇圧回路では、２つ以上の昇圧コンデンサが使用されている場合がある。また、チャージポンプ型昇圧回路に２つの昇圧コンデンサが使用されている場合に、それぞれの昇圧コンデンサを充電するために、２つ以上の独立した電源を持つことがある。さらに、チャージポンプ型昇圧回路では、昇圧電圧を出力する時に、電源を昇圧用コンデンサに直列に接続して昇圧に使用することがある。

例えば、２つの昇圧用コンデンサを備え、入力電圧の３倍までの昇圧出力が可能なチャージポンプ型昇圧回路が知られている。そのようなチャージポンプ型昇圧回路には、２つの入力基準電圧に応答して動作するものがある。それらの入力基準電圧を供給する電源を、チャージポンプ型昇圧回路の外部に構成する技術が知られている。その電源（以下、外部電源と呼ぶ）から供給される２つの入力基準電圧のそれぞれを、第１基準電圧ＶＲ１、第２基準電圧ＶＲ２とする時、第１基準電圧ＶＲ１や第２基準電圧ＶＲ２の値を変化させることで、昇圧出力電圧ＶＯＵＴを所望の値にすることができる。

外部電源の値を任意の値に設定して昇圧出力電圧ＶＯＵＴを所望の値にする場合に、昇圧回路を構成する機器の設計に応じて、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
とするか、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
とするかを選択することができることが求められる。このような要求を満たすために、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
でも、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
でも使用できる昇圧回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、特許文献１（特開平８−３３３２１号公報）に示される昇圧回路の構成を示す回路図である。図１に示すチャージポンプ型昇圧回路１０１は、従来の昇圧回路の動作説明を簡略化する為、特許文献１に記載されている回路におけるキャパシタの数を、３個から２個に減らしている。また、図１に示すチャージポンプ型昇圧回路１０１は、特許文献１に記載されている回路におけるＶＣＣと昇圧ブロックとを共通にしたものである。

チャージポンプ型昇圧回路１０１は、昇圧回路部１０２と、第１基準電圧ＶＲ１を供給する第１電源１０３と、第２基準電圧ＶＲ２を供給する第２電源１０４と、整流回路１０７とを含んで構成されている。昇圧回路部１０２が生成する出力電圧ＶＯＵＴは、出力端子１０６を介して出力される。

昇圧回路部１０２は、第１キャパシタ１１１と、第２キャパシタ１１２とを備えている。また、昇圧回路部１０２は複数のスイッチ（第１スイッチ１１３〜第４スイッチ１１６）を備えている。昇圧回路部１０２の外部に構成された第２電源１０４は、第１スイッチ１１３を介して第１キャパシタ１１１の第１端（負側）に接続され、第１ダイオード１１７を介して第１キャパシタ１１１の第２端（正側）に接続されている。また、第１キャパシタ１１１の第２端（正側）は、第２スイッチ１１４を介して第２キャパシタ１１２の第１端（負側）に接続されている。

昇圧回路部１０２の外部に構成された第１電源１０３は、第２ダイオード１１８を介して第２キャパシタ１１２の第２端（正側）に接続されている。さらに、第２キャパシタ１１２の第２端（正側）は、整流回路１０７の第３ダイオード１１９を介して出力端子１０６に接続されている。また、第２キャパシタ１１２の第１端（負側）は、第２スイッチ１１４を介して第１ダイオード１１７に接続されている。

チャージポンプ型昇圧回路１０１は、上記の複数のスイッチ（第１スイッチ１１３〜第４スイッチ１１６）の開閉を切り換えることで、昇圧動作を実行している。複数のスイッチ（第１スイッチ１１３〜第４スイッチ１１６）は、印加されるクロックに応答して活性化される。図２は、チャージポンプ型昇圧回路１０１の昇圧動作に用いられるクロックを生成するクロック生成回路１２０の構成を示す回路図である。クロック生成回路１２０から出力される第１昇圧クロック１２１は、第３スイッチ１１５と第４スイッチ１１６に供給される。第２昇圧クロック１２２は、第１スイッチ１１３と第２スイッチ１１４に供給される。図１に示されているように、従来のチャージポンプ型昇圧回路１０１は、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
でも、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
でも動作することができる。

特開平８−３３３２１号公報

図１に示されている従来のチャージポンプ型昇圧回路１０１では、第１キャパシタ１１１に充電できる電圧が、第１ダイオード１１７による電圧降下に起因して第２基準電圧ＶＲ２よりも下がってしまうことがある。同様に、第２キャパシタ１１２に充電できる電圧が、第２ダイオード１１８による電圧降下に起因して第１基準電圧ＶＲ１よりも下がってしまうことがある。また、出力端子１０６の出力電圧ＶＯＵＴも、第３ダイオード１１９による電圧降下に起因して、放電時に第２キャパシタ１１２の第２端（正側）に現れる電圧よりも下がってしまう。

また、従来のチャージポンプ型昇圧回路１０１では、昇圧回路部１０２が動作していない時に、出力電圧ＶＯＵＴが、第２ダイオード１１８による電圧降下と第３ダイオード１１９による起因する電圧降下によって、第１基準電圧ＶＲ１よりも低い電圧になる。このとき、第２ダイオード１１８入力端と出力端の電位差を第１電位差ＶＦＤ２とし、第３ダイオード１１９入力端と出力端の電位差を第２電位差ＶＦＤ３とすると、
第１基準電圧ＶＲ１−第１電位差ＶＦＤ２−第２電位差ＶＦＤ３
を超える電圧がノイズとして出力端子１０６に加わった場合、昇圧回路部１０２が動作していない時の出力端子１０６の値（出力電圧ＶＯＵＴ）を固定する事ができないことがある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

上記の課題を解決するために、第１基準電圧（ＶＲ１）を供給する第１電源（８、４４）と第２基準電圧（ＶＲ２）を供給する第２電源（９、４５）とを備える電源部（４、４２）と、昇圧用スイッチ（１３〜１９）と昇圧キャパシタ（１１、１２）とを備え、前記第１基準電圧（ＶＲ１）と前記第２基準電圧（ＶＲ１）に応答して昇圧電圧（ＶＯＵＴ）を生成する昇圧部（３）と、前記昇圧電圧（ＶＯＵＴ）を出力する出力端（６）と、前記第１基準電圧（ＶＲ１）と前記第２基準電圧（ＶＲ２）との差に基づいて前記第１電源（８、４４）または前記第２電源（９、４５）のどちらかと前記出力端（６）とを接続する切換スイッチ（２２）とを具備する昇圧回路（１）を構成する。

昇圧用スイッチは、ＭＯＳトランジスタで構成されたトランスファゲートになっている。昇圧用スイッチを構成するＭＯＳトランジスタのバックゲートは、昇圧動作時に最高電位となる出力端に接続されている。切換スイッチは、その出力端の電圧が固定的になるように、その出力端と電源部との接続を制御している。

本発明によると、昇圧回路の動作状態に依存することなく、その昇圧回路内の最高電圧が出力電圧ＶＯＵＴになる様な回路を構成することが可能となる。

［第１実施形態］
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明を行う。図３は、本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１を有する集積回路１０の構成を例示するブロック図である。本実施形態の集積回路１０は、携帯機器の表示装置を駆動するドライバＩＣなどに例示されるＩＣである。集積回路１０は、チャージポンプ型昇圧回路１と、制御回路２とを含んで構成されている。チャージポンプ型昇圧回路１は、電源電圧よりも高い電圧（以下、昇圧電圧と呼ぶ）を生成している。制御回路２は、チャージポンプ型昇圧回路１が昇圧電圧を生成するための動作を制御している。

図４は、チャージポンプ型昇圧回路１の構成を例示する回路図である。チャージポンプ型昇圧回路１は、昇圧部３と、昇圧電圧を生成するための基準電圧を昇圧部３に供給する電源部４と、昇圧電圧（出力電圧ＶＯＵＴ）を出力端６に供給する出力回路２６と、電源供給経路２７と、コンパレータ７とを含んで構成されている。本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１は、第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２が同じ電圧（＝基準電圧ＶＲとする）の場合、発振器から出力される基準クロックに基づいて生成される非反転昇圧クロックＣＬＫ１、反転昇圧クロックＣＬＫ２を用いて、昇圧用スイッチ（第１スイッチ１３〜第６スイッチ１８）と、出力回路２６の第７スイッチ１９とを駆動する。チャージポンプ型昇圧回路１に備えられた複数のスイッチが、非反転昇圧クロックＣＬＫ１と反転昇圧クロックＣＬＫ２とに応答して、第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２とが充電・放電動作を行う。この動作によって、チャージポンプ型昇圧回路１は、
基準電圧ＶＲ×３
の昇圧電圧を生成する３倍チャージポンプ回路として機能する。チャージポンプ型昇圧回路１は、その昇圧電圧を出力電圧ＶＯＵＴとして出力端６から出力する。第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２が異なる電圧の場合、
第２基準電圧ＶＲ２＋第２基準電圧ＶＲ２＋第１基準電圧ＶＲ１
の電圧が、出力電圧ＶＯＵＴとして出力端６から出力される。

電源部４は、第１電源８と第２電源９とを備えている。第１電源８は、第１基準電圧ＶＲ１を昇圧部３に供給し、第２電源９は、第２基準電圧ＶＲ２を昇圧部３供給している。本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１において、第１基準電圧ＶＲ１を供給する第１電源８と、第２基準電圧ＶＲ２を供給する第２電源９とは、独立に構成されている。第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２の値を任意に決める事で、チャージポンプ型昇圧回路１は、３倍チャージポンプの機能に制限されることなく、３倍以外の昇圧電圧を生成することができる。そのため、以下の説明においては、
第１基準電圧ＶＲ１≠第２基準電圧ＶＲ２
である場合を例示して、本実施形態の構成・動作を述べていく。

出力回路２６は、昇圧部３から出力される出力電圧ＶＯＵＴを、出力端６に供給している。出力回路２６は、第７スイッチ１９及び出力キャパシタ５で構成されている。出力回路２６の入力である第７スイッチ１９の入力端には、第３ノードＮ０３に接続されている。第７スイッチ１９の出力端は、出力キャパシタ５の一方の端子と出力端６とに接続されている。出力キャパシタ５の他方の端子は接地されている。

昇圧部３は、上述の制御回路２から供給される制御信号に応答して昇圧電圧を生成している。昇圧部３は、昇圧用キャパシタ（第１キャパシタ１１、第２キャパシタ１２）と、昇圧用スイッチ（第１スイッチ１３〜第６スイッチ１８）とを含んで構成されている。昇圧部３は、制御回路２から供給される制御信号に応答して複数の昇圧用スイッチ（第１スイッチ１３〜第６スイッチ１８）の接続状態を切り換えることで、昇圧電圧を生成する。

第１キャパシタ１１の一端は、第１ノードＮ０１を介して第１スイッチ１３に接続されている。第１キャパシタ１１の他端は、第２ノードＮ０２を介して第２スイッチ１４に接続されている。第１ノードＮ０１は、第１スイッチ１３を介して電源部４の第２電源９に接続されている。第２ノードＮ０２は、第５スイッチ１７を介して電源部４の第２電源９に接続されている。また、第２ノードＮ０２は、第２スイッチ１４を介して接地されている。

第２キャパシタ１２の一端は、第３ノードＮ０３を介して第３スイッチ１５に接続されている。第２キャパシタ１２の他端は、第４ノードＮ０４を介して第４スイッチ１６に接続されている。第３ノードＮ０３は、第３スイッチ１５を介して電源部４の第１電源８に接続されている。第４ノードＮ０４は、第４スイッチ１６を介して接地されている。また、第４ノードＮ０４は、第６スイッチ１８を介して第１ノードＮ０１に接続されている。

電源供給経路２７は、経路接続スイッチ２１と、経路切り替えスイッチ２２とを含んで構成されている。経路切り替えスイッチ２２は、コンパレータ７から出力される信号（以下、切換信号と呼ぶ。）に応答して、第１電源８または第２電源９のどちらかと経路接続スイッチ２１とを接続する。経路接続スイッチ２１は、制御回路２から供給される制御信号に応答して、出力端６と経路切り替えスイッチ２２との接続を遮断する。本実施形態における経路接続スイッチ２１は、Ｈｉｇｈレベルが供給されるときに閉じ、Ｌｏｗレベルが供給されるときに開くスイッチであるものとする。

コンパレータ７は、正転入力端と反転入力端と備えている。コンパレータ７の正転入力端は、第１電源８に接続されている。コンパレータ７の反転入力端は、第２電源９に接続されている。コンパレータ７は、第１電源８から供給される第１基準電圧ＶＲ１と、第２電源９から供給される第２基準電圧ＶＲ２とを比較して、その比較結果に基づいて切換信号を出力する。経路切り替えスイッチ２２は、その切換信号に応答して、経路接続スイッチ２１を第５ノードＮ０５側に接続するか第６ノードＮ０６側に接続するかを決定している。

図５は、昇圧部３に備えられた複数の昇圧用スイッチ（第１スイッチ１３〜第６スイッチ１８）の構成を例示する回路図である。昇圧用スイッチ（第１スイッチ１３〜第６スイッチ１８）の各々は同様の構成である。したがって、以下の実施形態では、第１スイッチ１３に対応して本実施形態の昇圧用スイッチの構成を説明する。図５を参照すると、第１スイッチ１３は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３とＮチャネルＭＯＳトランジスタ２４とを有するトランスファゲートで構成されている。

ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３のゲートとＮチャネルＭＯＳトランジスタ２４のゲートには、非反転昇圧クロックＣＬＫ１が供給されている。第１スイッチ１３は、Ｈｉｇｈレベルの非反転昇圧クロックＣＬＫ１が供給されると、オン状態になり、Ｌｏｗレベルの非反転昇圧クロックＣＬＫ１が供給されるとオフ状態になる。ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３には、バックゲートが備えられている。ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３のバックゲートは、昇圧動作時に最高電位となる出力端６に接続され、その出力端６を介して出力電圧ＶＯＵＴが供給されている。また、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２４のバックゲートには接地電位が供給されている。

図６は、制御回路２の構成を例示する回路図である。制御回路２は、基準クロックを供給する発振器３１と、その基準クロックと同相の信号を出力するＡＮＤ回路３２と、ＡＮＤ回路３２の出力を反転する第１インバータ３３と、レベルシフタ３４と、第２インバータ３７とを含んで構成されている。

レベルシフタ３４は、第１レベルシフトバッファ３５と、第２レベルシフトバッファ３６とを備えている。第１レベルシフトバッファ３５は、非反転昇圧クロックＣＬＫ１を出力し、第２レベルシフトバッファ３６は、反転昇圧クロックＣＬＫ２を出力している。非反転昇圧クロックＣＬＫ１は、第１スイッチ１３、第２スイッチ１４、第３スイッチ１５および第４スイッチ１６に供給される。反転昇圧クロックＣＬＫ２は、第５スイッチ１７、第６スイッチ１８および第７スイッチ１９に供給される。また、第２インバータ３７は、反転昇圧回路制御信号２５Ｂを反転した昇圧回路制御信号２５を出力している。昇圧回路制御信号２５は、経路接続スイッチ２１に供給される。経路接続スイッチ２１は、昇圧回路制御信号２５がＨｉｇｈレベルのときに閉じ、昇圧回路制御信号２５がＬｏｗレベルのときに開く動作をする。

図６に示されているように、ＡＮＤ回路３２に供給される反転昇圧回路制御信号２５ＢがＨｉｇｈレベルのとき、ＡＮＤ回路３２は、基準クロックと同相の信号を出力する。このときレベルシフタ３４からは、非反転昇圧クロックＣＬＫ１と反転昇圧クロックＣＬＫ２が出力される。昇圧部３は、非反転昇圧クロックＣＬＫ１と反転昇圧クロックＣＬＫ２とに応答して、昇圧動作を実行する。

具体的には、反転昇圧回路制御信号２５ＢとしてＨｉｇｈレベルの信号が供給されているとき、チャージポンプ型昇圧回路１が昇圧動作を実行する。このとき昇圧回路制御信号２５がＬｏｗレベルとなり、経路接続スイッチ２１は、経路切り替えスイッチ２２と出力端６との接続を遮断する。第１スイッチ１３〜第７スイッチ１９は、非反転昇圧クロックＣＬＫ１、反転昇圧クロックＣＬＫ２に応答して開閉し、第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２とに対して充電と放電とを行うように動作する。

非反転昇圧クロックＣＬＫ１がＨｉｇｈレベル（反転昇圧クロックＣＬＫ２：Ｌｏｗレベル）の時、第１スイッチ１３〜第４スイッチ１６が活性化される。このとき、第１キャパシタ１１が、第２基準電圧ＶＲ２に、第２キャパシタ１２は第１基準電圧ＶＲ１で充電中の状態になる。反転昇圧クロックＣＬＫ２がＨｉｇｈレベル（非反転昇圧クロックＣＬＫ１：Ｌｏｗレベル）の時、第５スイッチ１７〜第７スイッチ１９が活性化される。このとき、第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２とは放電状態になる。この放電は出力端６に昇圧電圧として表れ、その値は、
第２基準電圧ＶＲ２＋第２基準電圧ＶＲ２＋第１基準電圧ＶＲ１
となる。

ＡＮＤ回路３２に供給される反転昇圧回路制御信号２５ＢがＬｏｗレベルのとき、ＡＮＤ回路３２は、Ｌｏｗレベルの信号を出力する。そのため、昇圧部３の昇圧用スイッチ（第１スイッチ１３〜第６スイッチ１８）は、昇圧動作を停止する。具体的には、反転昇圧回路制御信号２５ＢとしてＬｏｗレベルの信号が供給されているとき、チャージポンプ型昇圧回路１の昇圧動作は停止する。この時、第１スイッチ１３〜第４スイッチ１６は活性化された状態を維持する。また、第５スイッチ１７〜第７スイッチ１９は、非活性化された状態を維持する。そして、この場合に、経路接続スイッチ２１は、活性化状態を維持する。したがって、経路接続スイッチ２１は、出力端６と経路切り替えスイッチ２２とを接続する。

図７は、電源部４から出力される第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２の状態に基づいてコンパレータ７が出力する切換信号と、経路切り替えスイッチ２２の接続状態の対応関係を例示するテーブル（以下、切換設定テーブル３８と呼ぶ）である。切換設定テーブル３８に示されているように、本実施形態におけるコンパレータ７は、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
のときにＨｉｇｈレベルの信号を切換信号として出力し、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
のときにＬｏｗレベルの信号を切換信号として出力する。

ここにおいて、本実施形態の経路切り替えスイッチ２２は、Ｈｉｇｈレベルの信号に応答して、第１電源８と経路接続スイッチ２１とを接続する。また、Ｌｏｗレベルの信号に応答して第２電源９と経路接続スイッチ２１とを接続する。

図８は、本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１における、電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を例示する波形図である。図８の（ａ）は、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
のときの電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を示している。図８の（ｂ）は、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
のときの出力端６の電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を示している。上述の切換設定テーブル３８に示されているように、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
の場合、コンパレータ７からはＨｉｇｈレベルの切換信号が出力される。したがって経路切り替えスイッチ２２は、第１電源８と経路接続スイッチ２１とを接続する。このとき、反転昇圧回路制御信号２５ＢがＬｏｗレベル（昇圧回路制御信号２５がＨｉｇｈレベル）ならば、経路接続スイッチ２１は活性化され、出力端６と第１電源８とが接続される。したがって、図８の（ａ）に示されているように、反転昇圧回路制御信号２５ＢがＨｉｇｈレベルになるまで、
出力電圧ＶＯＵＴ＝第１基準電圧ＶＲ１
となる。

また、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
の場合、コンパレータ７からはＬｏｗレベルの切換信号が出力される。したがって経路切り替えスイッチ２２は、第２電源９と経路接続スイッチ２１とを接続する。このとき、反転昇圧回路制御信号２５ＢがＬｏｗレベル（昇圧回路制御信号２５がＨｉｇｈレベル）ならば、経路接続スイッチ２１は活性化され、出力端６と第２電源９とが接続される。したがって、図８の（ｂ）に示されているように、反転昇圧回路制御信号２５ＢがＨｉｇｈレベルになるまで、
出力電圧ＶＯＵＴ＝第２基準電圧ＶＲ２
となる。

本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１は、異なる電圧の基準電圧（第１基準電圧ＶＲ１、第２基準電圧ＶＲ２）に応答して動作する。このとき、チャージポンプ型昇圧回路１の電源供給経路２７は、それらの基準電圧のなかで、高電圧を供給する電源と出力端６とを接続する。換言すると、本実施形態において、電源供給経路２７は、回路内の最高電圧を出力端６に供給している。これによって、昇圧用スイッチを構成するトランスファゲートするＭＯＳトランジスタ（例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３）のバックゲートには、出力端６を介して回路内の最高電圧が供給される。これによって、昇圧部３が動作していない時に出力端６にノイズが加わった場合であっても、出力端６のちを固定的にすることが可能となる。

［比較例］
以下に、本実施形態の電源供給経路２７を備えていないチャージポンプ型昇圧回路１（以下、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａと呼ぶ）に対応して、本実施形態の比較例を説明する。なお、以下の比較例において、先の説明で使用した参照符号と同じ符号が付されている要素は、上述の実施形態と同様の構成・動作であるものとする。したがって、以下の比較例においては、それらの詳細な説明を省略する。図９は、比較例における比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａの構成を例示する回路図である。比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａは、電源部４と、昇圧部３ａと、出力回路２６とを含んで構成されている。比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａの出力端６は、経路接続スイッチ２１を介して第１電源８に接続されている。

比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａは、チャージポンプ型昇圧回路１と同様に、第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２が同じ電圧（＝基準電圧ＶＲとする）の場合、非反転昇圧クロックＣＬＫ１、反転昇圧クロックＣＬＫ２を用いて、昇圧用スイッチ（第１スイッチ１３〜第６スイッチ１８）と、出力回路２６の第７スイッチ１９とを駆動する。非反転昇圧クロックＣＬＫ１と反転昇圧クロックＣＬＫ２とに応答して、第１キャパシタ１１と第２キャパシタ１２とが充電・放電動作を行うことで、
基準電圧ＶＲ×３
または、
第２基準電圧ＶＲ２＋第２基準電圧ＶＲ２＋第１基準電圧ＶＲ１
の電圧が出力電圧ＶＯＵＴとして出力端６から出力される。

比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａに対し、反転昇圧回路制御信号２５ＢとしてＬｏｗレベルの信号が供給されているとき、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａは、昇圧動作を停止する。この時、第１スイッチ１３〜第４スイッチ１６は活性化された状態を維持する。また、第５スイッチ１７〜第７スイッチ１９は、非活性化された状態を維持する。そして、この場合に、経路接続スイッチ２１は、活性化状態を維持する。したがって、出力端６の電圧（出力電圧ＶＯＵＴ）は、
出力電圧ＶＯＵＴ＝第１基準電圧ＶＲ１
になる。

図１０は、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａにおける、電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を例示する波形図である。図１０の（ａ）は、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
のときの電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を示している。図１０の（ｂ）は、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
のときの電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を示している。

図１０を参照すると、
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
であっても、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
であっても、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａの動作が停止している時に、
出力電圧ＶＯＵＴ＝第１基準電圧ＶＲ１
となる。また、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａが昇圧動作を実行すると
出力電圧ＶＯＵＴ
＝第２基準電圧ＶＲ２＋第２基準電圧ＶＲ２＋第１基準電圧ＶＲ１
となる。

ここにおいて、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａが昇圧動作を停止しているときに注目する。このとき、第１スイッチ１３〜第７スイッチ１９のＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートは、第１基準電圧ＶＲ１と同電位になる。このときに、第１スイッチ１３、第５スイッチ１７および第６スイッチ１８のＩＮ端子には、第２基準電圧ＶＲ２の電圧レベルになる。

図１０の（ｂ）を参照すると、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
の場合に比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａが昇圧動作を停止すると、ＩＮ端子よりもＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートの方が低い電圧になる。

図１１は、第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２の場合に、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａが昇圧動作を停止したときの、昇圧用スイッチの動作を例示する回路図である。図１１に示されているように、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａが昇圧動作を停止したとき、昇圧用スイッチ（例えば、第１スイッチ１３）では、ＩＮ端子とＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲートで構成されるＰＮ接合のダイオードのＶＦを経由して、第２基準電圧ＶＲ２から出力電圧ＶＯＵＴ（＝第１基準電圧ＶＲ１）に向かう電流パスが形成されている。

図１２は、昇圧用スイッチのＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３の動作を例示する断面図である。図１２は、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
の場合に、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａが昇圧動作を停止したときの断面を例示している。図１２に示されているように、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３では、
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
の関係から、第２基準電圧ＶＲ２が供給される第１スイッチ１３、第５スイッチ１７および第６スイッチ１８では、
ＩＮ端子の電圧≦ＰチャネルＭＯＳトランジスタのバックゲート電圧
となる。そのため、比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａでは、ＩＮ端子からＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３のバックゲートを経由して出力端６に電流が流れ続けてしまうことがある。

上述した本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１は、昇圧動作を停止している時に、コンパレータ７で第１電源８の第１基準電圧ＶＲ１と第２電源９の第２基準電圧ＶＲ２とを比較し、電圧の高い方と出力端６とを接続する電源供給経路２７を備えている。これによって、本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１は、出力電圧ＶＯＵＴを安定させつつ消費電流の増加を抑制することが可能となる。

［第２実施形態］
以下に、図面を参照して、本発明の第２実施形態について説明を行う。なお、以下の第２実施形態において、先の説明で使用した参照符号と同じ符号が付されている要素は、上述の実施形態と同様の構成・動作であるものとする。したがって、以下の第２実施形態においては、それらの詳細な説明を省略する。

図１３は、第２実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１の構成を例示する回路図である。図１３を参照すると、第２実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１は、スイッチ切換信号生成回路４１と電源供給部４２とを含んで構成されている。スイッチ切換信号生成回路４１は、第１基準電圧設定信号が示す値（第１基準電圧ＶＲ１）と第２基準電圧設定信号が示す値（第２基準電圧ＶＲ２）とを比較する設定信号比較回路４３を含んでいる。電源供給部４２は、第１基準電圧設定信号に応じて第１基準電圧ＶＲ１を生成する第１基準電圧生成回路４４と、第２基準電圧設定信号に応じて第２基準電圧ＶＲ２を生成する第２基準電圧生成回路４５とを含んでいる。

第１実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１では、第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２とを、昇圧回路の外部から印加している。本願発明は、このような構成に制限されることは無い。チャージポンプ型昇圧回路１と同じチップ上で第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２とを生成する回路（電源供給部４２）を構成し、その第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２とを設定信号で可変させた汎用性のある回路に本願発明を適用することも可能である。第２実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１は、この設定信号を比較する設定信号比較回路４３を用いて経路切り替えスイッチ２２を制御する。

図１４は、電源供給部４２の出力電圧の設定値（以下、出力電圧設定値と呼ぶ）と、そのときの設定信号比較回路４３が出力する切換信号と、経路切り替えスイッチ２２の接続状態との対応関係を例示する切換設定テーブル４６である。切換設定テーブル４６に示されているように、
電源供給部４２の出力電圧設定値が
第１基準電圧ＶＲ１＜第２基準電圧ＶＲ２
を示す時、経路切り替えスイッチ２２は第２基準電圧生成回路４５側につながり、出力電圧設定値が
第１基準電圧ＶＲ１＞第２基準電圧ＶＲ２
を示す時、経路切り替えスイッチ２２は第１基準電圧生成回路４４側につながる。

第１実施形態のコンパレータ７が、第１電源８と第２電源９の出力電圧自体をアナログ比較しているのに対し、第２実施形態の設定信号比較回路４３は、第１基準電圧ＶＲ１と第２基準電圧ＶＲ２とを生成するための出力電圧設定信号を論理比較している。第２実施形態の設定信号比較回路４３は、アナログ回路を構成することなく経路切り替えスイッチ２２の切換を行うことができる。そのため、チャージポンプ型昇圧回路１を有する回路の面積の増大を抑制することが可能となる。

図１は、従来の昇圧回路の構成を示す回路図である。図２は、昇圧動作に用いられるクロックを生成するクロック生成回路１２０の構成を示す回路図である。図３は、本実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１を有する集積回路１０の構成を例示するブロック図である。図４は、チャージポンプ型昇圧回路１の構成を例示する回路図である。図５は、昇圧用スイッチの構成を例示する回路図である。図６は、制御回路２の構成を例示する回路図である。図７は、経路切り替えスイッチ２２の接続状態を例示するテーブルである。図８は、電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を例示する波形図である。図９は、比較例における比較用チャージポンプ型昇圧回路１ａの構成を例示する回路図である。図１０は、比較例における、電源部４の電圧と出力端６の電圧との関係を例示する波形図である。図１１は、比較例における、昇圧用スイッチの動作を例示する回路図である。図１２は、比較例における、昇圧用スイッチのＰチャネルＭＯＳトランジスタ２３の動作を例示する断面図である。図１３は、第２実施形態のチャージポンプ型昇圧回路１の構成を例示する回路図である。図１４は、第２実施形態の経路切り替えスイッチ２２の接続状態を例示するテーブルである。

符号の説明

１…チャージポンプ型昇圧回路
２…制御回路
３…昇圧部
４…電源部
５…出力キャパシタ
６…出力端
７…コンパレータ
８…第１電源
９…第２電源
１０…集積回路
１１…第１キャパシタ
１２…第２キャパシタ
１３…第１スイッチ
１４…第２スイッチ
１５…第３スイッチ
１６…第４スイッチ
１７…第５スイッチ
１８…第６スイッチ
１９…第７スイッチ
２１…経路接続スイッチ
２２…経路切り替えスイッチ
２３…ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
２４…ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
ＣＬＫ１…非反転昇圧クロック
ＣＬＫ２…反転昇圧クロック
２５…昇圧回路制御信号
２５Ｂ…反転昇圧回路制御信号
２６…出力回路
２７…電源供給経路
３１…発振器
３２…ＡＮＤ回路
３３…第１インバータ
３４…レベルシフタ
３５…第１レベルシフトバッファ
３６…第２レベルシフトバッファ
３７…第２インバータ
３８…切換設定テーブル
４１…スイッチ切換信号生成回路
４２…電源供給部
４３…設定信号比較回路
４４…第１基準電圧生成回路
４５…第２基準電圧生成回路
４６…切換設定テーブル
Ｎ０１…第１ノード
Ｎ０２…第２ノード
Ｎ０３…第３ノード
Ｎ０４…第４ノード
Ｎ０５…第５ノード
Ｎ０６…第６ノード
１ａ…比較用チャージポンプ型昇圧回路
３ａ…昇圧部
１０１…チャージポンプ型昇圧回路
１０２…昇圧回路部
１０３…第１電源
１０４…第２電源
１０５…出力キャパシタ
１０６…出力端子
１０７…整流回路
１１１…第１キャパシタ
１１２…第２キャパシタ
１１３…第１スイッチ
１１４…第２スイッチ
１１５…第３スイッチ
１１６…第４スイッチ
１１７…第１ダイオード
１１８…第２ダイオード
１１９…第３ダイオード
１２０…クロック生成回路
１２１…第１昇圧クロック
１２２…第２昇圧クロック
ＶＲ…基準電圧
ＶＲ１…第１基準電圧
ＶＲ２…第２基準電圧
ＶＯＵＴ…出力電圧
ＶＦＤ２…第１電位差
ＶＦＤ３…第２電位差

Claims

第１基準電圧を供給する第１電源と第２基準電圧を供給する第２電源とを備える電源部と、
昇圧用スイッチと昇圧キャパシタとを備え、前記第１基準電圧と前記第２基準電圧とに応答して昇圧電圧を生成する昇圧部と、
前記昇圧電圧を出力する出力端と、
前記第１基準電圧と前記第２基準電圧との差に基づいて前記第１電源または前記第２電源のどちらかと前記出力端とを接続する切換スイッチと、
前記第１基準電圧と前記第２基準電圧とを比較する比較器とを備え、
前記切換スイッチは、
前記比較器から出力される比較結果に応じて、前記第１電源または前記第２電源のどちらかと前記出力端とを接続し、
前記比較器は、
前記第１基準電圧が前記第２基準電圧より大きいことを示す第１比較信号と、前記第２基準電圧が前記第１基準電圧より大きいことを示す第２比較信号とを出力し、
前記切換スイッチは、
前記第１比較信号に応答して前記第１電源と前記出力端とを接続し、
前記第２比較信号に応答して前記第２電源と前記出力端とを接続する
昇圧回路。
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記第１電源と前記第２電源は、前記昇圧部と同一のチップに構成され、
前記第１電源は、
第１基準電圧設定信号に応答して前記第１基準電圧を生成し、
前記第２電源は、
第２基準電圧設定信号に応答して前記第２基準電圧を生成する
昇圧回路。
請求項２に記載の昇圧回路において、さらに、
前記第１基準電圧設定信号が示す前記第１基準電圧と前記第２基準電圧設定信号が示す前記第２基準電圧とを比較する比較回路を備え、
前記切換スイッチは、
前記比較器から出力される比較結果に応じて、前記第１電源または前記第２電源のどちらかと前記出力端とを接続する
昇圧回路。
請求項３に記載の昇圧回路において、
前記比較回路は、
前記第１基準電圧が前記第２基準電圧より大きいことを示す第１比較信号と、前記第２基準電圧が前記第１基準電圧より大きいことを示す第２比較信号とを出力し、
前記切換スイッチは、
前記第１比較信号に応答して前記第１電源と前記出力端とを接続し、
前記第２比較信号に応答して前記第２電源と前記出力端とを接続する
昇圧回路。
請求項１から４の何れか１項に記載の昇圧回路において、
前記昇圧用スイッチは、
基板に形成されたＭＯＳトランジスタを有するトランスファゲートで構成され、
前記ＭＯＳトランジスタは、基板電位が供給されるバックゲートを含み、
前記バックゲートは、前記出力端に接続される
昇圧回路。
請求項５に記載の昇圧回路において、
前記ＭＯＳトランジスタは、
ＮウェルまたはＮ型半導体基板に形成され、前記バックゲートを有するＰチャネルＭＯＳトランジスタを含み、
前記バックゲートは、前記出力端を介して供給される前記昇圧回路内の最高電圧を、前記Ｎウェルまたは前記Ｎ型半導体基板に印加する
昇圧回路。
出力端を介して昇圧電圧を出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路の動作を制御する制御信号を出力する制御回路と
を具備し、
前記昇圧回路は、
第１基準電圧を供給する第１電源と第２基準電圧を供給する第２電源とを有する電源部と、
前記第１基準電圧と前記第２基準電圧とに基づいて前記昇圧電圧を生成する昇圧部と、
前記第１基準電圧と前記第２基準電圧とを比較する比較器と、
前記出力端と前記電源部との接続を制御する切換スイッチと
を備え、
前記比較器は、
前記第１基準電圧が前記第２基準電圧より大きいことを示す第１比較信号と、前記第２基準電圧が前記第１基準電圧より大きいことを示す第２比較信号とを出力し、
前記切換スイッチは、
前記第１比較信号に応答して前記第１電源と前記出力端とを接続し、前記第２比較信号に応答して前記第２電源と前記出力端とを接続する
集積回路。
請求項７に記載の集積回路において、
前記昇圧回路は、さらに、
前記制御信号に応答して前記切換スイッチと前記出力端との接続を遮断する遮断切換ス
イッチを備える
集積回路。
請求項８に記載の集積回路において、
前記制御回路は、
前記制御信号の出力に応答して、前記昇圧回路の昇圧動作に用いられる動作クロックの供給を停止する
集積回路。