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JP2001157437A - Charge-pumping boosting circuit - Google Patents

Charge-pumping boosting circuit

Info

Publication number
JP2001157437A
JP2001157437A JP33381799A JP33381799A JP2001157437A JP 2001157437 A JP2001157437 A JP 2001157437A JP 33381799 A JP33381799 A JP 33381799A JP 33381799 A JP33381799 A JP 33381799A JP 2001157437 A JP2001157437 A JP 2001157437A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
clock
charge pump
power supply
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.)
Withdrawn
Application number
JP33381799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Tanigawa
博之 谷川
Masamichi Fujito
正道 藤戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi ULSI Systems Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP33381799A priority Critical patent/JP2001157437A/en
Publication of JP2001157437A publication Critical patent/JP2001157437A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge-pumping boosting circuit in which a reduction in the area of a power-supply circuit is realized by relaxing the degradation of a boosting efficiency due to the threshold value of a switching MOS transistor. SOLUTION: The charge-pumping boosting circuit is provided with charge pumping capacitors C1 to Cn. The boosting circuit is provided with switching MOS transistors MN0 to MNn. The boosting circuit is provided with gate boosting means GC1 to GCn which boost gates of the switching MOS transistors. The charge pumping capacitors are driven by a clock CLK1 and a clock CLK2 at a voltage amplitude generated by supplying a first voltage to a clock generating circuit A. The gate boosting means are driven by the clocks CLK1, CLK2, at a voltage amplitude generated by supplying a second voltage to a clock generating circuit C. As a result, a voltage VOUT is generated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チャージポンプ形
式の昇圧電源回路を有する半導体装置、さらにはマイク
ロコンピュータに関し、例えば、昇圧電源回路を有する
フラッシュメモリ、中央処理装置と共にそのフラッシュ
メモリを有するマイクロコンピュータに適用して有効な
技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a charge pump type boosting power supply circuit, and further relates to a microcomputer, for example, a flash memory having a boosting power supply circuit, a microcomputer having the flash memory together with a central processing unit. To apply to effective technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路チップは近年単一電源
化、そして低電源電圧化の傾向にあり、チップ内部で外
部電源電圧を変換して高電圧や負電圧を発生する電源回
路の必要性が高まっている。このような電源回路とし
て、アイイーイーイー・ジャーナル・オブ・ソリッドス
テート・サーキット(IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUIT)vol.SC11,pp374−378,
1976に記載されたDICKSON型チャージポンプ
回路が一般的である。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuit chips have tended to use a single power supply and a low power supply voltage. Is growing. As such a power supply circuit, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE
CIRCUIT) vol. SC11, pp374-378,
A DICKSON type charge pump circuit described in 1976 is common.

【0003】図12に示すように、正電圧を発生するD
ICKSON型チャージポンプ回路は容量Cのn個のチ
ャージポンピング容量C1〜Cn、およびスイッチング
MOSトランジスタMN0〜MNnから構成されてお
り、外部電源電圧振幅VCC、クロック周波数Fを有す
る相補的な2つのクロックCLK1、CLK2によって
奇数番号の容量と偶数番号の容量とを交互に駆動する。
[0003] As shown in FIG.
The ICKSON type charge pump circuit is composed of n charge pumping capacitors C1 to Cn of a capacitor C and switching MOS transistors MN0 to MNn, and has two complementary clocks CLK1 having an external power supply voltage amplitude VCC and a clock frequency F. , CLK2, the odd-numbered capacity and the even-numbered capacity are alternately driven.

【0004】駆動された容量に接続されるスイッチング
MOSトランジスタのゲートノードは、ゲートの寄生容
量をCGATEとすると、駆動前に対してC×VCC/
(C+CGATE)だけ昇圧される。このときドレイン
−ソース間の電圧差がスイッチングMOSトランジスタ
のしきい値VTHより高ければ、電荷は出力側の隣接ノ
ードに移送される。電荷移送中、上記のドレイン−ソー
ス間の電圧差は低下し、スイッチングMOSトランジス
タのしきい値VTHに等しくなった時点で電荷移送が終
了する。
The gate node of a switching MOS transistor connected to a driven capacitor has a capacitance of C × VCC /
(C + CGATE) is boosted. At this time, if the voltage difference between the drain and the source is higher than the threshold value VTH of the switching MOS transistor, the charge is transferred to the adjacent node on the output side. During the charge transfer, the voltage difference between the drain and the source decreases, and the charge transfer ends when the voltage becomes equal to the threshold value VTH of the switching MOS transistor.

【0005】必要とするチャージポンプの最大出力電流
をIOUT、最大出力電圧をVOUTとし、寄生ゲート
容量CGATEと基板効果とを無視すると、平衡状態に
達したときのゲートノード間の電圧差は、数1、数2と
なる。
When the required maximum output current of the charge pump is IOUT, the maximum output voltage is VOUT, and the parasitic gate capacitance CGATE and the body effect are ignored, the voltage difference between the gate nodes when the equilibrium state is reached is several 1, Equation 2.

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】このとき、チャージポンプ回路面積を容量
部分の合計S=nCで定義すると、数3となり、上記S
は、数4、数5と設計したときに最小値(数6)とな
る。
At this time, if the area of the charge pump circuit is defined by the sum of the capacitance parts S = nC, the following equation is obtained.
Is the minimum value (Equation 6) when designed as Equations 4 and 5.

【0009】[0009]

【数3】 (Equation 3)

【0010】[0010]

【数4】 (Equation 4)

【0011】[0011]

【数5】 (Equation 5)

【0012】[0012]

【数6】 (Equation 6)

【0013】すなわち、低電源電圧化によってVCCが
小さくなると、チャージポンプ回路面積が著しく大きく
なる。また、基板効果を考慮した場合、出力側に近いス
イッチングMOSトランジスタほどしきい値VTHが大
きくなり、チャージポンプ回路面積は最も出力側に近い
スイッチングMOSトランジスタMNnによる最大のし
きい値によって決定される。このため、低電源電圧にお
いて、基板効果はチャージポンプ回路面積を極めて増大
させることになる。
That is, when VCC is reduced due to the reduction in power supply voltage, the area of the charge pump circuit is significantly increased. When the substrate effect is taken into consideration, the threshold value VTH increases as the switching MOS transistor is closer to the output side, and the charge pump circuit area is determined by the maximum threshold value of the switching MOS transistor MNn closest to the output side. Therefore, at a low power supply voltage, the body effect greatly increases the area of the charge pump circuit.

【0014】また、ホットエレクトロン書き込みを行う
フラッシュメモリのように、大きな出力電流IOUTを
必要とするチャージポンプ回路においては、出力電流I
OUTが小さい場合と比較してスイッチングMOSトラ
ンジスタのしきい値VTHが大きくなるため、やはり低
電源電圧において回路面積の増大が顕著となる。
In a charge pump circuit requiring a large output current IOUT, such as a flash memory for performing hot electron writing, the output current IOUT
Since the threshold value VTH of the switching MOS transistor becomes larger as compared with the case where OUT is small, the circuit area is remarkably increased even at a low power supply voltage.

【0015】以上を解決する方法として、スイッチング
MOSトランジスタのゲートを昇圧してVTHの効果を
緩和する様々なゲート昇圧手段が提案されている。例え
ば、図13におけるゲート昇圧手段は、スイッチングM
OSトランジスタのゲートをカップリングによって昇圧
する1個のゲート昇圧容量CGと、ゲートとチャージポ
ンピング容量のノードとの間の電位差をしきい値差分を
除いて等しくする2個のMOSトランジスタMGA、M
GBによって構成されている。
As a method for solving the above problems, various gate boosting means have been proposed to reduce the effect of VTH by boosting the gate of the switching MOS transistor. For example, the gate boosting means in FIG.
One gate boosting capacitor CG for boosting the gate of the OS transistor by coupling, and two MOS transistors MGA and M for equalizing the potential difference between the gate and the node of the charge pumping capacitor except for the threshold difference.
It is composed of GB.

【0016】クロック発生回路とクロック波形の例を図
14、図15に示した。このようにクロックCLK1に
よって奇数番号のチャージポンピング容量を駆動させた
後、クロックCLKG1を駆動させて奇数番号のスイッ
チングトランジスタのゲートを昇圧させる。クロックC
LKG1、CLK1を立ち下げた後は、クロックCLK
2によって偶数番号のチャージポンピング容量を駆動さ
せた後、クロックCLKG2を駆動させて奇数番号のス
イッチングトランジスタのゲートを昇圧させる。
FIGS. 14 and 15 show examples of the clock generation circuit and the clock waveform. After driving the odd-numbered charge pumping capacitors by the clock CLK1, the clock CLKG1 is driven to boost the gates of the odd-numbered switching transistors. Clock C
After LKG1 and CLK1 fall, the clock CLK
After driving the even-numbered charge-pumping capacitors by 2, the clock CLKG2 is driven to boost the gates of the odd-numbered switching transistors.

【0017】図13の回路によれば、一般にゲート昇圧
容量駆動時にスイッチングMOSトランジスタのドレイ
ン−ソース間電位差よりも大きなゲート−ソース間電位
差を発生させることができるため、図12のチャージポ
ンプ回路よりもスイッチングMOSトランジスタしきい
値VTHによる電荷移送への影響を緩和することができ
る。
According to the circuit shown in FIG. 13, a gate-source potential difference larger than the drain-source potential difference of the switching MOS transistor can be generally generated at the time of driving the gate boosting capacitor. The influence on the charge transfer due to the switching MOS transistor threshold value VTH can be reduced.

【0018】なお、図13には比較回路と抵抗R1、R
2から構成されるチャージポンプ回路の出力電圧制御回
路と、クロック発生源であるリングオシレータ回路RO
も付記した。比較回路は、R1とR2の抵抗比で決まる
電位VCMPを、基準とする定電位VREFと比較し、
チャージポンプ回路の出力電圧VOUTが、規定された
電圧よりも高ければチャージポンプ回路制御信号CPS
TOPとしてオフを、規定された電圧よりも低ければチ
ャージポンプ回路制御信号CPSTOPとしてオンを出
力する。上記チャージポンプ回路制御信号CPSTOP
がオフの場合はクロック発生回路を制御してクロックC
LK1、CLK2、CLKG1、CLKG2の発生を止
め、オンの場合にはクロックの発生を継続させる。
FIG. 13 shows a comparison circuit and resistors R1 and R1.
And a ring oscillator circuit RO serving as a clock generation source.
Was also added. The comparison circuit compares a potential VCMP determined by a resistance ratio between R1 and R2 with a reference constant potential VREF,
If the output voltage VOUT of the charge pump circuit is higher than a prescribed voltage, the charge pump circuit control signal CPS
It outputs OFF as TOP, and outputs ON as the charge pump circuit control signal CPSTOP if the voltage is lower than the prescribed voltage. The charge pump circuit control signal CPSTOP
Is off, the clock generation circuit is controlled to control the clock C
The generation of LK1, CLK2, CLKG1, and CLKG2 is stopped, and when it is on, the generation of the clock is continued.

【0019】以上の制御により、チャージポンプ回路1
4は、規定された任意の電圧を安定に出力することが可
能となる。比較回路およびリングオシレータ回路の例も
図14に併せて示す。
With the above control, the charge pump circuit 1
4 can stably output a prescribed voltage. Examples of the comparison circuit and the ring oscillator circuit are also shown in FIG.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら低電源電
圧化を進めていくと、図13に示すチャージポンプ回路
を用いても、スイッチングMOSトランジスタのしきい
値VTHがゲート昇圧手段によって発生しうるゲート−
ソース間電位差に対して相対的に大きくなり、チャージ
ポンプ回路面積の増大は避けられない。また、スイッチ
ングMOSトランジスタのオン抵抗の増大によって電荷
移送の時定数が増大するため、クロック周波数Fの高速
化によるチャージポンプ回路面積の縮小効果には限界が
生ずる。
However, as the power supply voltage is reduced, the threshold voltage VTH of the switching MOS transistor can be generated by the gate booster even if the charge pump circuit shown in FIG. 13 is used.
It becomes relatively large with respect to the source-to-source potential difference, and an increase in the area of the charge pump circuit cannot be avoided. In addition, since the time constant of charge transfer increases due to an increase in the on-resistance of the switching MOS transistor, the effect of reducing the area of the charge pump circuit by increasing the clock frequency F is limited.

【0021】しきい値VTHが0あるいは負のデプレー
ション型MOSをスイッチングMOSトランジスタに使
用して上記の問題を回避しようとした場合には、チャー
ジポンピングクロックCLK1とゲート昇圧クロックC
LKG1、あるいはチャージポンピングクロックCLK
2とゲート昇圧クロックCLKG2を立ち下げた際、ス
イッチングMOSトランジスタの各ノード電位関係がオ
ン状態のまましばらく維持されるため、電荷が逆方向の
入力側に移送されて昇圧効率が損なわれるという別の問
題が生ずる。
In order to avoid the above problem by using a depletion type MOS having a threshold VTH of 0 or a negative MOS as a switching MOS transistor, the charge pumping clock CLK1 and the gate boosting clock C
LKG1 or charge pumping clock CLK
2 and when the gate boost clock CLKG2 falls, the potential relationship between the nodes of the switching MOS transistor is maintained in the ON state for a while, so that the charge is transferred to the input side in the opposite direction and the boost efficiency is impaired. Problems arise.

【0022】しきい値VTHが0あるいは負のスイッチ
ングMOSトランジスタを使用した場合の昇圧効率損失
の例を図16に示す。
FIG. 16 shows an example of a boost efficiency loss when a switching MOS transistor having a threshold value VTH of 0 or a negative value is used.

【0023】本発明は、このようなチャージポンプ回路
の問題点を緩和するため、昇圧効率が高く小面積の電源
回路を提供することを目的としてなされたものである。
An object of the present invention is to provide a power supply circuit having a high boosting efficiency and a small area in order to alleviate such problems of the charge pump circuit.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を有する。
In order to achieve the above object, the present invention has the following arrangement.

【0025】(1)チャージポンピング容量と、上記容
量の片方の電極にドレインが接続されたスイッチングM
OSトランジスタと、上記トランジスタのゲートに接続
された昇圧手段と、からなる単位構成が複数直列に接続
された構成を具備し、上記容量のもう一方の電極に、隣
接する上記単位構成に対して相補的な、第1の電圧振幅
を有するクロックを、上記昇圧手段に、上記クロックに
よりチャージポンピング容量が駆動される際上記トラン
ジスタの導通と非導通とを切り替える、第2の電圧振幅
を有するクロックを、与えることを特徴とするチャージ
ポンプ型昇圧回路。
(1) A charge pumping capacitor and a switching capacitor M having a drain connected to one electrode of the capacitor.
A plurality of unit configurations each including an OS transistor and a booster connected to the gate of the transistor are connected in series, and the other electrode of the capacitor is complementary to the adjacent unit configuration. A clock having a second voltage amplitude, the clock having a second voltage amplitude being switched to a conductive state and a non-conductive state when the charge pumping capacitor is driven by the clock. And a charge pump type booster circuit.

【0026】(2)上記クロックの振幅電圧について、
第1の電圧よりも第2の電圧の方が大きいことを特徴と
する、上記チャージポンプ型昇圧回路。
(2) Regarding the amplitude voltage of the clock,
The charge pump type booster circuit according to claim 1, wherein the second voltage is higher than the first voltage.

【0027】(3)半導体チップ外から供給される外部
電源電圧と、半導体チップ上に第2の電圧を発生させる
昇圧回路とを具備し、第1の電圧が上記電源電圧以下、
第2の電圧が上記電源電圧以上であることを特徴とす
る、上記チャージポンプ型昇圧回路。
(3) An external power supply voltage supplied from outside the semiconductor chip, and a booster circuit for generating a second voltage on the semiconductor chip, wherein the first voltage is equal to or less than the power supply voltage.
The charge pump type booster circuit, wherein the second voltage is equal to or higher than the power supply voltage.

【0028】(4)半導体チップ外から供給される外部
電源電圧を複数有し、上記電源電圧の内最大の電源電圧
よりも低い電圧を出力することを規定され、第1の電圧
として上記出力電圧よりも低い電源電圧を、第2の電圧
として上記出力電圧よりも電源電圧を、使用することを
特徴とする、上記チャージポンプ型昇圧回路。
(4) A plurality of external power supply voltages supplied from outside the semiconductor chip are provided, and it is specified that a voltage lower than the maximum power supply voltage among the power supply voltages is output, and the output voltage is set as the first voltage. The charge pump type booster circuit according to claim 1, wherein a lower power supply voltage is used as the second voltage and a power supply voltage is higher than the output voltage.

【0029】(5)動作モードに応じて異なる複数の電
圧を出力することができる、上記(3)記載のチャージ
ポンプ型昇圧回路。
(5) The charge pump type booster circuit according to the above (3), which can output a plurality of different voltages depending on the operation mode.

【0030】(6)上記複数の動作モードのうち、高い
出力電圧を規定した動作モードにおいては、第1の電圧
よりも高い第2の電圧を、低い出力電圧を規定した動作
モードにおいては、第1の電圧と等しい第2の電圧を与
えることを特徴とするチャージポンプ型昇圧回路。
(6) Among the plurality of operation modes, in an operation mode in which a high output voltage is specified, a second voltage higher than the first voltage is set, and in an operation mode in which a low output voltage is specified, a second voltage is set. A charge pump type booster circuit for applying a second voltage equal to the first voltage.

【0031】(7)複数のチャージポンプ型電源回路を
具備する半導体チップ上において、動作モードに応じて
1つあるいは複数の上記チャージポンプ型電源回路の、
出力電圧あるいはスイッチングMOSトランジスタドレ
イン部のノード電圧を、第2の電圧として使用すること
を特徴とする、上記(2)記載のチャージポンプ型昇圧
回路。
(7) On a semiconductor chip having a plurality of charge pump type power supply circuits, one or more of the above charge pump type power supply circuits may be selected according to an operation mode.
The charge pump type booster circuit according to (2), wherein the output voltage or the node voltage of the drain of the switching MOS transistor is used as the second voltage.

【0032】(8)チャージポンプ型昇圧回路自体の出
力電圧あるいは上記昇圧回路を構成するスイッチングM
OSトランジスタドレイン部のノード電圧を、第2の電
圧として使用することを特徴とする、上記(2)記載の
チャージポンプ型昇圧回路。
(8) The output voltage of the charge pump type booster circuit itself or the switching M constituting the booster circuit
The charge pump type booster circuit according to (2), wherein the node voltage of the drain of the OS transistor is used as the second voltage.

【0033】(9)しきい値の高いスイッチングMOS
トランジスタに接続するゲート昇圧手段を選択して第2
の電圧振幅を有するクロックを、その他のスイッチング
MOSトランジスタに接続するゲート昇圧手段には第1
の電圧振幅を有するクロックを、与えることを特徴とす
る、上記(2)記載のチャージポンプ型電源回路。
(9) Switching MOS with High Threshold
Select the gate booster connected to the transistor
A gate boosting means for connecting a clock having a voltage amplitude of
The charge pump type power supply circuit according to the above (2), wherein a clock having a voltage amplitude of:

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図1〜図11を参照しながら詳細に説明する。な
お、これらの図において、同じ構成要素は同一の参照数
字または参照符号によって指示される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. In these figures, the same components are designated by the same reference numerals or reference numerals.

【0035】図1は、本発明の一実施例のチャージポン
プ型昇圧回路の概略構成図である。このチャージポンプ
回路は、チャージポンピング容量C1〜Cn、しきい値
VTHのスイッチングMOSトランジスタMN0〜MN
n、ゲート昇圧手段GC1〜GCn、クロック発生回路
A、クロック発生回路Cから構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a charge pump type booster circuit according to one embodiment of the present invention. This charge pump circuit includes switching MOS transistors MN0 to MN having charge pumping capacitances C1 to Cn and a threshold value VTH.
n, gate boosting means GC1 to GCn, a clock generation circuit A, and a clock generation circuit C.

【0036】例えば図4に示す波形図のように、クロッ
ク発生回路Aは第1の電圧振幅VCCの相補的なクロッ
クCLK1、CLK2を発生し、クロック発生回路C
は、第2の電圧振幅VCHのクロックCLKG1、CL
KG2を発生する。クロックCLK1、CLK2、CL
KG1、CLKG2は周波数Fを有し、CLK1、CL
KG1によって奇数番の、CLK2、CLKG2によっ
て偶数番の、チャージポンピング容量およびゲート昇圧
手段を駆動しつつスイッチングMOSトランジスタのオ
ン、オフを切り替える。
For example, as shown in the waveform diagram of FIG. 4, the clock generation circuit A generates complementary clocks CLK1 and CLK2 having the first voltage amplitude VCC, and the clock generation circuit C
Are the clocks CLKG1 and CLG having the second voltage amplitude VCH.
Generate KG2. Clocks CLK1, CLK2, CL
KG1, CLKG2 have a frequency F and CLK1, CL
The switching MOS transistor is turned on and off while driving the odd-numbered charge pumping capacitance and the gate boosting means by CLK1 and CLKG2 by KG1.

【0037】図1においては、クロックCLK1、CL
K2の振幅電圧とクロックCLKG1、CLKG2とを
別々に与えることにより、それぞれの振幅電圧を調整し
て出力電圧を安定させることができるという利点が生ず
る。
In FIG. 1, clocks CLK1, CL
By separately providing the amplitude voltage of K2 and the clocks CLKG1 and CLKG2, there is an advantage that the amplitude voltage can be adjusted to stabilize the output voltage.

【0038】図1のチャージポンプ型昇圧回路を用いた
電源回路の構成を図2に示す。図1の第1のクロックの
電圧は半導体チップ外部から供給される外部電源VCC
とし、第2のクロックの電圧はチップ内に設けた昇圧回
路13によって昇圧した内部電源電圧VCHとする。
FIG. 2 shows a configuration of a power supply circuit using the charge pump type booster circuit of FIG. The voltage of the first clock in FIG. 1 is an external power supply VCC supplied from outside the semiconductor chip.
The voltage of the second clock is the internal power supply voltage VCH boosted by the booster circuit 13 provided in the chip.

【0039】しきい値VTH>0のスイッチングMOS
トランジスタ、ゲート昇圧手段として図13の回路、昇
圧回路13およびクロック発生回路A、C、リングオシ
レータ回路ROとして図3の回路、図4の波形を用い、
VCHをVCC+VTHに対して十分大きくとると、チ
ャージポンプ回路14の容量部分の最小値S1は、数7
のように設計することができる。
Switching MOS with threshold value VTH> 0
The circuit of FIG. 13 is used as the transistor and the gate boosting means, the boosting circuit 13 and the clock generating circuits A and C, and the circuit of FIG. 3 are used as the ring oscillator circuit RO.
Assuming that VCH is sufficiently larger than VCC + VTH, the minimum value S1 of the capacitance portion of the charge pump circuit 14 is given by
It can be designed as follows.

【0040】[0040]

【数7】 (Equation 7)

【0041】一方、昇圧回路13に必要とされる出力電
流量は、スイッチングMOSトランジスタの寄生ゲート
容量をCGATE1とすると、およそn×CGATE1
×VCH×Fと見積もられる。昇圧回路13として、図
3の従来型チャージポンプを用いて設計した場合の容量
部分の最小値S2は、数8となる。
On the other hand, assuming that the parasitic gate capacitance of the switching MOS transistor is CGATE1, the output current amount required for the booster circuit 13 is approximately n × CGATE1.
× VCH × F. When the booster circuit 13 is designed using the conventional charge pump shown in FIG.

【0042】[0042]

【数8】 (Equation 8)

【0043】電源回路面積は、主にチャージポンプ回路
の容量部分で決定されるため、数6のSよりもS1+S
2+n×CGの方が小さくなる条件下においては、電源
回路全体としての面積を縮小させることができる。電源
回路面積の縮小効果は、出力電流の規定値IOUTある
いはスイッチングMOSトランジスタのしきい値VTH
が大きい場合に顕著である。特に低電源電圧化や基板効
果によってスイッチングMOSトランジスタのしきい値
VTHがVCCとほぼ同程度以上に大きくなるとき、図
12や図13の従来型チャージポンプでは設計できなか
った電源回路が本方式により可能となる場合がありう
る。
Since the area of the power supply circuit is determined mainly by the capacitance of the charge pump circuit, S1 + S is smaller than S in Equation (6).
Under the condition that 2 + n × CG is smaller, the area of the entire power supply circuit can be reduced. The effect of reducing the area of the power supply circuit is the specified value IOUT of the output current or the threshold value VTH
Is remarkable when is large. In particular, when the threshold voltage VTH of the switching MOS transistor becomes substantially equal to or higher than VCC due to a lower power supply voltage or a substrate effect, the power supply circuit which cannot be designed by the conventional charge pump of FIGS. It may be possible.

【0044】また、チャージポンプ回路を構成する容量
が減少することにより、クロック発生回路A、Cにおけ
るクロックドライバサイズの低減が図れ、低電力化およ
びクロック供給時の外部電源電圧VCC揺らぎの低減が
可能となる。また、本方式によれば図12、図13の従
来型チャージポンプと比較してスイッチングMOSトラ
ンジスタの実効抵抗が低減されるため、スイッチングM
OSトランジスタの実効抵抗とチャージポンピング容量
の積に比例する電荷移送時定数が低減される。そのた
め、クロック周波数Fを大きく設計することが可能とな
り、さらにチャージポンプ回路面積の容量成分の縮小を
図ることができる。
Further, since the capacitance constituting the charge pump circuit is reduced, the size of the clock driver in the clock generation circuits A and C can be reduced, so that the power consumption can be reduced and the fluctuation of the external power supply voltage VCC during clock supply can be reduced. Becomes Further, according to this method, the effective resistance of the switching MOS transistor is reduced as compared with the conventional charge pumps of FIGS.
The charge transfer time constant proportional to the product of the effective resistance of the OS transistor and the charge pumping capacitance is reduced. Therefore, the clock frequency F can be designed to be large, and the capacitance component of the charge pump circuit area can be reduced.

【0045】図5は、外部電源が複数ある場合に応用す
る本発明の別の実施例を示す概略図である。図5の実施
例が図1の実施例と相違する点は、昇圧回路13によっ
て発生させる内部電源VCHに代えて、チャージポンピ
ング容量を駆動する外部電源(電位VCC)よりも高い
外部電源(電位VCC2)を使用していることである。
FIG. 5 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention applied to a case where there are a plurality of external power supplies. The embodiment of FIG. 5 differs from the embodiment of FIG. 1 in that an external power supply (potential VCC2) higher than an external power supply (potential VCC) for driving a charge pumping capacitor is used instead of the internal power supply VCH generated by the booster circuit 13. ).

【0046】一般に外部電源電圧の印加範囲は±10%
程度であり、必要な電圧VOUTが外部電源電圧VCC
2の印加範囲付近に規定されている場合、降圧回路では
安定した電圧を出力できない。このようなとき、外部電
源電圧VCCの昇圧回路を用いることになるが、図5の
回路によれば、従来型チャージポンプ図12、図13を
使用するよりも電源回路面積を小さく設計することがで
きる。
Generally, the application range of the external power supply voltage is ± 10%
And the required voltage VOUT is equal to the external power supply voltage VCC.
When the voltage is specified in the vicinity of the application range of 2, the voltage step-down circuit cannot output a stable voltage. In such a case, a booster circuit of the external power supply voltage VCC is used. However, according to the circuit of FIG. 5, the power supply circuit area can be designed to be smaller than that of the conventional charge pump shown in FIGS. it can.

【0047】さらに、この発明に係るチャージポンプ型
昇圧回路は、ゲート昇圧手段を駆動するクロック発生回
路に供給する電源電圧を、発生させる出力電圧に応じて
切り替える電源切り換え手段と組み合わせることができ
る。
Further, the charge pump type booster circuit according to the present invention can be combined with a power supply switching means for switching a power supply voltage supplied to a clock generation circuit for driving the gate booster means in accordance with an output voltage to be generated.

【0048】図6はその一例で、電源切り換え手段15
によってクロック発生回路Cに供給する電源電圧をVC
C、VCHの2通り切り替えられるようにした実施の形
態を示している。
FIG. 6 shows an example of such a case.
The power supply voltage supplied to the clock generation circuit C by VC
An embodiment is shown in which two types, C and VCH, can be switched.

【0049】電源切り換え手段15は、例えば図7のよ
うな回路で構成することができる。モード信号SIGが
オフのときにはクロック発生回路Cに電源電圧VCCが
供給され、VOUT1を発生させ、モード信号SIGが
オンのときにはクロック発生回路Cに電源電圧VCHが
供給され、VOUT2(VCH>VCC、VOUT2>
VOUT1)を発生させる。また、モード信号SIGが
オフのときには、昇圧回路13へのクロックの供給を休
止させることができる。
The power supply switching means 15 can be constituted by, for example, a circuit as shown in FIG. When the mode signal SIG is off, the power supply voltage VCC is supplied to the clock generation circuit C to generate VOUT1, and when the mode signal SIG is on, the power supply voltage VCH is supplied to the clock generation circuit C and VOUT2 (VCH> VCC, VOUT2) >
VOUT1). Further, when the mode signal SIG is off, the supply of the clock to the booster circuit 13 can be stopped.

【0050】図6の実施の形態によれば、電源切り換え
手段15を設けることによって、出力電圧VOUT1を
発生させる際に低消費電力化することができる。また、
一般にチャージポンプ回路においては、必要な出力に対
して昇圧能力が大きすぎると、制御する際に出力電圧の
変動が大きくなる。本実施の形態によれば、出力電圧に
応じてクロック振幅を割り当てることによって、出力電
圧の安定化をはかることができる。また、複数のチャー
ジポンプ回路を設けて同時に出力電圧を発生させる場
合、VCHの使用を必要最小限に最適化することで、昇
圧回路13の面積縮小を図ることができる。
According to the embodiment of FIG. 6, the provision of the power supply switching means 15 can reduce the power consumption when generating the output voltage VOUT1. Also,
In general, in a charge pump circuit, if the boosting capability is too large for a required output, the output voltage fluctuates greatly during control. According to the present embodiment, the output voltage can be stabilized by allocating the clock amplitude according to the output voltage. Further, when a plurality of charge pump circuits are provided to simultaneously generate an output voltage, the area of the booster circuit 13 can be reduced by optimizing the use of VCH to a necessary minimum.

【0051】図8は、この発明を複数のチャージポンプ
回路がある場合に応用するための、別の実施の形態を概
略的に示す図である。例えばフラッシュメモリの場合、
データの消去や書き込みを行うモードと読み出しを行う
モードとでは必要とする電源電圧の構成が異なり、どち
らか一方のモードにおいてのみ出力電圧が必要となるチ
ャージポンプ回路が存在しうる。このようなチャージポ
ンプ回路を図8ではチャージポンプ回路CP1で表し
た。
FIG. 8 is a diagram schematically showing another embodiment for applying the present invention to a case where there are a plurality of charge pump circuits. For example, in the case of flash memory,
A required power supply voltage configuration is different between a mode in which data is erased or written and a mode in which data is read, and there may be a charge pump circuit that requires an output voltage only in one of the modes. FIG. 8 shows such a charge pump circuit as a charge pump circuit CP1.

【0052】CP1の出力電圧VCP1を内部電源VO
UT1として電源回路外へ供給する必要のないモードに
おいては、出力電圧VCP1をクロック発生回路用内部
電源VCHとしてクロック発生回路Cに供給する。
The output voltage VCP1 of CP1 is applied to the internal power supply VO.
In a mode in which it is not necessary to supply the UT1 to the outside of the power supply circuit, the output voltage VCP1 is supplied to the clock generation circuit C as the clock generation circuit internal power supply VCH.

【0053】VCP1の供給先を切り替える電源切り換
え手段16の例を図9に示す。図9においてはチャージ
ポンプ回路CP1の出力電圧VCP1を、モード信号S
IGJがオンのときにVCHへ、オフのときにVOUT
1へ供給する。
FIG. 9 shows an example of the power supply switching means 16 for switching the supply destination of the VCP1. In FIG. 9, the output voltage VCP1 of the charge pump circuit CP1 is changed to the mode signal S
VCH when IGJ is on, VOUT when off
Supply to 1.

【0054】図8の実施の形態によれば、本来休止して
いるチャージポンプ回路CP1を図2の昇圧回路13に
代えることができるため、昇圧回路13を設けて本発明
を実施する場合よりも、電源回路全体としての面積をさ
らに縮小することができる。
According to the embodiment shown in FIG. 8, the charge pump circuit CP1 which is originally inactive can be replaced with the booster circuit 13 shown in FIG. Thus, the area of the entire power supply circuit can be further reduced.

【0055】図10は、本発明のさらに別の実施例のチ
ャージポンプ型昇圧回路の概略図である。本実施例で
は、チャージポンプ回路14内部における昇圧開始ノー
ドVSからk番目のノードNODEk(2≦k≦n+
1)の電位VCHを、第2の電位としてクロック発生回
路Cに供給し、電圧振幅VCHのクロックCLKG1お
よびCLKG2を発生させる。
FIG. 10 is a schematic diagram of a charge pump type booster circuit according to still another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the k-th node NODEk (2 ≦ k ≦ n +) from the boost start node VS inside the charge pump circuit 14
The potential VCH of 1) is supplied to the clock generation circuit C as a second potential, and the clocks CLKG1 and CLKG2 having the voltage amplitude VCH are generated.

【0056】VCHはVCC+VTHよりも十分大きい
とすると、k番目以降のノードに接続されたチャージポ
ンピング容量Cy(k≦y)は、出力電流IOUTをま
かなうように(数9のように)、また、始端部のチャー
ジポンピング容量Cx(x<k)は、出力電流IOUT
とクロック発生回路Cで消費する電流の和をまかなうよ
うに(数10として)設計する。この場合、チャージポ
ンプ回路14の面積の容量成分S3は数11となり、S
3が従来型チャージポンプ回路(図13)の面積の容量
成分Sよりも小さくなる条件においては、従来型チャー
ジポンプ回路を使用するよりも電源回路面積を小さく設
計することができる。
Assuming that VCH is sufficiently larger than VCC + VTH, the charge pumping capacitors Cy (k ≦ y) connected to the kth and subsequent nodes cover the output current IOUT (as shown in Expression 9). The charge pumping capacitance Cx (x <k) at the beginning is determined by the output current IOUT
And the current consumed by the clock generation circuit C (formula 10). In this case, the capacitance component S3 of the area of the charge pump circuit 14 is given by Expression 11, and S
Under the condition that 3 is smaller than the capacitance component S of the area of the conventional charge pump circuit (FIG. 13), the power supply circuit area can be designed smaller than using the conventional charge pump circuit.

【0057】[0057]

【数9】 (Equation 9)

【0058】[0058]

【数10】 (Equation 10)

【0059】[0059]

【数11】 [Equation 11]

【0060】図11は、本発明のチャージポンプ型昇圧
回路のさらに別の実施例の概略を示す図である。本実施
例では、チャージポンプ回路14内部におけるしきい値
の大きなスイッチングMOSトランジスタを選択して第
2の電圧VCH(VCC<VCH)を与える。
FIG. 11 is a diagram schematically showing another embodiment of the charge pump type booster circuit of the present invention. In the present embodiment, a switching MOS transistor having a large threshold in the charge pump circuit 14 is selected to apply the second voltage VCH (VCC <VCH).

【0061】例えば、基板効果の大きなスイッチングM
OSトランジスタを使用している場合、チャージポンプ
回路駆動時に、出力端子VOUTに近いスイッチングM
OSトランジスタほどしきい値VTHが大きくなる。チ
ャージポンプ回路14の電流電圧能力は、最も大きいし
きい値VTHのMOSによって制限されるため、出力端
子に近い側からMOSを選択してVCHを与えれば、チ
ャージポンプ回路の電流電圧能力を向上させることがで
きる。
For example, switching M having a large substrate effect
When the OS transistor is used, when the charge pump circuit is driven, the switching M close to the output terminal VOUT is used.
The threshold value VTH increases as the OS transistor increases. Since the current-voltage capability of the charge pump circuit 14 is limited by the MOS having the largest threshold value VTH, the current-voltage capability of the charge pump circuit is improved by selecting a MOS from the side closer to the output terminal and applying VCH. be able to.

【0062】図10では、MNk+1からMNnまでの
MOSのゲート昇圧手段に対してVCH振幅のクロック
を供給している。VCHをVCC+VTHよりも十分大
きく設定すれば、基板効果によって増大したスイッチン
グMOSトランジスタMNnのしきい値VTHを回避し
て、より小さなMNkのMOSのしきい値でチャージポ
ンプ回路14の電流電圧能力を決定することができる。
In FIG. 10, a clock of VCH amplitude is supplied to the gate boosting means of the MOS from MNk + 1 to MNn. If VCH is set sufficiently higher than VCC + VTH, the threshold voltage VTH of the switching MOS transistor MNn increased by the body effect is avoided, and the current-voltage capability of the charge pump circuit 14 is determined by the smaller threshold voltage of the MOS transistor MNk. can do.

【0063】図11の実施の形態によれば、VCH振幅
のクロックに必要とされる電流が(n−k)×CGAT
E×VCH×Fで済むため、昇圧回路13の面積を小さ
く設計することができ、電源回路全体の回路面積を縮小
することができる。
According to the embodiment of FIG. 11, the current required for a clock having a VCH amplitude is (nk) × CGAT
Since E × VCH × F is sufficient, the area of the booster circuit 13 can be designed to be small, and the circuit area of the entire power supply circuit can be reduced.

【0064】以上、チャージポンプ回路14として正電
圧を発生する場合についてのみ説明してきたが、負電圧
を発生するチャージポンプ回路に置き換えることも可能
である。また、ゲート昇圧手段として図13の回路を例
として説明してきたが、他の回路に置き換えることも可
能である。
Although only the case where the charge pump circuit 14 generates a positive voltage has been described above, the charge pump circuit 14 may be replaced with a charge pump circuit that generates a negative voltage. Although the circuit of FIG. 13 has been described as an example of the gate boosting means, it can be replaced with another circuit.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上この発明の実施の形態を、図を参照
しながら詳細に説明したところから明らかなとおり、こ
の発明は、チャージポンプ回路のスイッチングMOSト
ランジスタのゲート昇圧手段に電源電圧以上の振幅のク
ロックを与えることにより、チャージポンプ回路を構成
するスイッチングMOSトランジスタのしきい値による
電流電圧発生能力への制限を回避してチャージポンプ回
路の電圧発生効率を高め、上記クロックの電圧を発生す
る昇圧回路面積の増加を考慮しても、電源電圧全体とし
て設計面積を縮小できる効果を与えるものである。
As apparent from the detailed description of the preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings, the present invention provides a gate boosting means for a switching MOS transistor of a charge pump circuit which has an amplitude greater than a power supply voltage. To increase the voltage generation efficiency of the charge pump circuit by avoiding the limitation on the current voltage generation capability due to the threshold value of the switching MOS transistor forming the charge pump circuit, and increase the voltage for generating the clock voltage. Even if the increase in the circuit area is taken into consideration, the effect of reducing the design area as the whole power supply voltage is provided.

【0066】しかも、こうした効果はフラッシュメモリ
やEEPROMのように複数のチャージポンプ回路を有
する場合、使用中でないチャージポンプ回路を上記昇圧
回路として流用することにより、顕著である。また、チ
ャージポンプ自体に上記昇圧回路の機能を持たせること
により、本発明の効果を得ることも可能である。また、
チャージポンプ回路内のしきい値の高いスイッチングM
OSトランジスタを選択して上記クロックを与えること
により、上記昇圧回路の設計面積を縮小することがで
き、本発明を有効に実施することができる。
Further, such an effect is remarkable when a plurality of charge pump circuits such as a flash memory and an EEPROM are used, and a charge pump circuit which is not in use is used as the booster circuit. The effect of the present invention can also be obtained by providing the charge pump itself with the function of the booster circuit. Also,
High threshold switching M in charge pump circuit
By selecting the OS transistor and applying the clock, the design area of the booster circuit can be reduced, and the present invention can be effectively implemented.

【0067】また、図13の従来型チャージポンプ回路
でしきい値VTHが0あるいは負のデプレーション型M
OSをスイッチングMOSトランジスタに使用した場合
に電荷が逆方向に移送されて昇圧効率が劣化する問題
も、本発明によれば、チャージポンピングクロックCL
K1とゲート昇圧クロックCLKG1、あるいはチャー
ジポンピングクロックCLK2とゲート昇圧クロックC
LKG2を立ち下げた際、チャージポンピングクロック
よりもゲート昇圧クロックの方が立ち下がる電圧振幅が
大きく、スイッチングMOSトランジスタの各ノード電
位関係をオフ状態にすることができるため、回避するこ
とができる。図16に昇圧効率が改善された例を示す。
In the conventional charge pump circuit of FIG. 13, the threshold VTH is 0 or a negative depletion type M.
According to the present invention, when the OS is used for the switching MOS transistor, the charge is transferred in the reverse direction and the boosting efficiency is deteriorated.
K1 and the gate boosting clock CLKG1, or the charge pumping clock CLK2 and the gate boosting clock C
When LKG2 falls, the gate boosting clock has a larger falling voltage amplitude than the charge pumping clock, and the potential relationship of each node of the switching MOS transistor can be turned off, which can be avoided. FIG. 16 shows an example in which the boosting efficiency is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例のチャージポンプ型昇圧回路
の構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charge pump type booster circuit according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例の昇圧回路を用いた電源回路の構
成を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a power supply circuit using the booster circuit of the embodiment of FIG.

【図3】図2で使用するクロック発生回路、昇圧回路、
リングオシレータ回路、比較回路の一例を表す回路図。
FIG. 3 shows a clock generation circuit, a booster circuit,
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a ring oscillator circuit and a comparison circuit.

【図4】図3のクロック発生回路が発生するクロック波
形図。
FIG. 4 is a clock waveform diagram generated by the clock generation circuit of FIG. 3;

【図5】複数の外部電源を利用できる場合の実施例を概
略的に表すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram schematically showing an embodiment when a plurality of external power supplies can be used.

【図6】電源切り換え手段を設けた実施例を概略的に表
すブロック図。
FIG. 6 is a block diagram schematically showing an embodiment provided with power supply switching means.

【図7】図6の実施例で使用する電源切り換え手段およ
び昇圧回路、クロック発生回路、比較回路の一例を示す
回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a power supply switching means, a booster circuit, a clock generation circuit, and a comparison circuit used in the embodiment of FIG. 6;

【図8】複数のチャージポンプ回路が存在する場合の実
施例を概略的に表すブロック図。
FIG. 8 is a block diagram schematically showing an embodiment when a plurality of charge pump circuits exist.

【図9】図8の実施例で使用する電源切り換え手段の一
例を示す回路図。
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a power supply switching unit used in the embodiment of FIG.

【図10】チャージポンプ回路自身がゲート昇圧手段に
供給するクロックの昇圧電源を発生する実施例を示すブ
ロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment in which the charge pump circuit itself generates a boosted power supply of a clock supplied to the gate boosting means.

【図11】昇圧電源電圧を振幅とするクロックの供給先
をスイッチングMOSトランジスタのしきい値に応じて
選択する構成とした実施例のブロック図。
FIG. 11 is a block diagram of an embodiment in which a supply destination of a clock having an amplitude of a boosted power supply voltage is selected according to a threshold value of a switching MOS transistor.

【図12】従来のDICKSON型チャージポンプ回路
を表す回路図。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a conventional DICKSON type charge pump circuit.

【図13】図12のチャージポンプ回路にゲート昇圧手
段を設けた従来例の回路図。
FIG. 13 is a circuit diagram of a conventional example in which a gate booster is provided in the charge pump circuit of FIG.

【図14】図13で使用するクロック発生回路、リング
オシレータ回路、比較回路の一例を表す回路図。
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example of a clock generation circuit, a ring oscillator circuit, and a comparison circuit used in FIG.

【図15】図14のクロック発生回路が発生するクロッ
クの波形図。
FIG. 15 is a waveform diagram of a clock generated by the clock generation circuit of FIG. 14;

【図16】従来例と本発明のチャージポンプ回路の、出
力電圧のスイッチングMOSトランジスタしきい値依存
性の例を示す特性図。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing an example of the dependency of the output voltage on the threshold value of the switching MOS transistor in the conventional example and the charge pump circuit of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13…昇圧回路、14…チャージポンプ回路、15…2
入力1出力の電源切り換え手段、16…1入力2出力の
電源切り換え手段、VCC,VCC1,VCC2…チッ
プ外部がら供給される電源、VCH…VCCをチップ内
部で昇圧して得られる内部電源、MN0〜MNn,MN
C0〜MNCn…スイッチングNMOSトランジスタ、
C1〜Cn…チャージポンピング容量、GC1〜GCn
…ゲート昇圧手段、VOUT,VOUT1〜VOUT
m,VCP1…チャージポンプ回路の出力電位、CLK
1,CLK2…チャージポンピング容量を駆動するクロ
ック、CLKG1,CLKG2,CLKGA1,CLK
GA2,CLKGB1,CLKGB2…ゲート昇圧手段
を駆動するクロック、F…クロック周期、CS,CSS
…平滑容量、SIG,SIGJ…モード信号、NODE
1〜NODEn+1…チャージポンプ回路の内部ノー
ド、MGA1〜MGAn,MGB1〜MGBn…ゲート
昇圧手段を構成するMOSトランジスタ、CG1〜CG
n…ゲート昇圧手段を構成するゲート昇圧容量。
13 booster circuit, 14 charge pump circuit, 15 2
Power supply switching means of input 1 output, power supply switching means of 16 ... 1 input 2 outputs, VCC, VCC1, VCC2 ... power supplied from outside the chip, internal power supply obtained by boosting VCH ... VCC inside the chip, MN0 to MN0 MNn, MN
C0 to MNCn: switching NMOS transistors,
C1 to Cn: charge pumping capacity, GC1 to GCn
... Gate boosting means, VOUT, VOUT1 to VOUT
m, VCP1... output potential of the charge pump circuit, CLK
1, CLK2: clocks for driving the charge pumping capacitors, CLKG1, CLKG2, CLKGA1, CLK
GA2, CLKGB1, CLKGB2... Clocks for driving the gate booster, F... Clock cycle, CS, CSS
... Smoothing capacitance, SIG, SIGJ ... Mode signal, NODE
1 to NODEn + 1... Internal nodes of the charge pump circuit, MGA1 to MGAn, MGB1 to MGBn... MOS transistors constituting gate boosting means, CG1 to CG
n: a gate boosting capacity constituting the gate boosting means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤戸 正道 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 Fターム(参考) 5H730 AA14 AA15 AS19 BB02 BB08 DD04  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masamichi Fujito 5-22-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo F-term in Hitachi Super LSI Systems Co., Ltd. 5H730 AA14 AA15 AS19 BB02 BB08 DD04

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チャージポンピング容量と、上記容量の片
方の電極にドレインが接続されたスイッチングMOSト
ランジスタと、上記MOSトランジスタのゲートに接続
された昇圧手段からなる単位を複数個直列に接続し、上
記チャージポンピング容量のもう一方の電極には、隣接
する上記単位構成に対して互いに相補的な第1の電圧振
幅を有するクロックを与え、上記昇圧手段には上記第1
のクロックによりチャージポンピング容量が駆動される
際に上記トランジスタの導通と非導通とを切り替える第
2の電圧振幅を有するクロックを与える構成を具備した
ことを特徴とするチャージポンプ型昇圧回路。
A plurality of units each comprising a charge pumping capacitor, a switching MOS transistor having a drain connected to one electrode of the capacitor, and a booster connected to a gate of the MOS transistor are connected in series. The other electrode of the charge pumping capacitor is supplied with a clock having a first voltage amplitude complementary to the adjacent unit configuration, and the booster is supplied with the first voltage.
A clock having a second voltage amplitude for switching between conduction and non-conduction of the transistor when the charge pumping capacitor is driven by the clock.
【請求項2】上記第1のクロックの電圧振幅よりも上記
第2のクロックの電圧振幅(VCH)の方が大であるこ
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。
2. The charge pump type booster circuit according to claim 1, wherein a voltage amplitude (VCH) of said second clock is larger than a voltage amplitude of said first clock.
【請求項3】半導体チップ外から供給される外部電源電
圧と、半導体チップ上に上記第2のクロックの電圧振幅
を発生させる昇圧回路とを具備し、上記第1のクロック
の電圧振幅が上記外部電源電圧以下、上記第2のクロッ
クの電圧振幅が上記外部電源電圧以上であることを特徴
とする請求項2記載のチャージポンプ型昇圧回路。
3. An external power supply voltage supplied from outside the semiconductor chip, and a booster circuit for generating a voltage amplitude of the second clock on the semiconductor chip, wherein the voltage amplitude of the first clock is the external voltage. 3. The charge pump type booster circuit according to claim 2, wherein the voltage amplitude of the second clock is equal to or lower than the power supply voltage and equal to or higher than the external power supply voltage.
【請求項4】半導体チップ外から供給される外部電源電
圧を複数有し、上記外部電源電圧のうちの最大の電源電
圧よりも低い電圧を出力することを規定され、上記第1
のクロックの電圧振幅として上記出力電圧よりも低い電
源電圧を、第2のクロックの電圧振幅として上記出力電
圧よりも高い電源電圧を使用することを特徴とする、請
求項3記載のチャージポンプ型昇圧回路。
4. It is provided that a plurality of external power supply voltages supplied from outside the semiconductor chip are provided, and a voltage lower than a maximum power supply voltage among the external power supply voltages is output.
4. The charge pump booster according to claim 3, wherein a power supply voltage lower than said output voltage is used as a voltage amplitude of said clock, and a power supply voltage higher than said output voltage is used as a voltage amplitude of said second clock. circuit.
【請求項5】動作モードに応じて異なる複数の電圧を出
力することができる請求項3記載のチャージポンプ型昇
圧回路。
5. The charge pump type booster circuit according to claim 3, wherein a plurality of different voltages can be output according to an operation mode.
【請求項6】上記複数の動作モードのうち、高い出力電
圧を規定した動作モードにおいては、上記第1のクロッ
クの電圧振幅よりも高い第2のクロックの電圧振幅を、
低い出力電圧を規定した動作モードにおいては、第1の
クロックの電圧振幅と等しい第2のクロックの電圧振幅
を与えることを特徴とする請求項5記載のチャージポン
プ型昇圧回路。
6. An operation mode in which a high output voltage is defined among the plurality of operation modes, wherein a voltage amplitude of a second clock higher than a voltage amplitude of the first clock is set to
6. The charge pump booster circuit according to claim 5, wherein in an operation mode in which a low output voltage is specified, a voltage amplitude of a second clock equal to the voltage amplitude of the first clock is applied.
【請求項7】複数のチャージポンプ型電源回路を具備す
る半導体チップ上において、動作モードに応じて1つあ
るいは複数の上記チャージポンプ型電源回路の出力電圧
あるいはスイッチングMOSトランジスタドレイン部の
ノード電圧を、第2のクロックの電圧として使用するこ
とを特徴とする請求項2記載のチャージポンプ型昇圧回
路。
7. On a semiconductor chip having a plurality of charge pump type power supply circuits, an output voltage of one or a plurality of the charge pump type power supply circuits or a node voltage of a switching MOS transistor drain portion is determined according to an operation mode. 3. The charge pump type booster circuit according to claim 2, wherein the booster circuit is used as a voltage of a second clock.
【請求項8】チャージポンプ型昇圧回路自体の出力電圧
あるいは上記昇圧回路を構成するスイッチングMOSト
ランジスタドレイン部のノード電圧を、第2のクロック
の電圧として使用することを特徴とする請求項2記載の
チャージポンプ型昇圧回路。
8. The method according to claim 2, wherein an output voltage of the charge pump type booster circuit itself or a node voltage of a drain of a switching MOS transistor constituting the booster circuit is used as a voltage of the second clock. Charge pump type booster circuit.
【請求項9】しきい値の高いスイッチングMOSトラン
ジスタに接続するゲート昇圧手段を選択して第2の電圧
振幅を有するクロックを、その他のスイッチングMOS
トランジスタに接続するゲート昇圧手段には第1の電圧
振幅を有するクロックを、与えることを特徴とする、請
求項2記載のチャージポンプ型電源回路。
9. A clock having a second voltage amplitude is selected by selecting a gate booster connected to a switching MOS transistor having a higher threshold value, and a clock having another voltage is applied to the other switching MOS transistor.
3. The charge pump type power supply circuit according to claim 2, wherein a clock having a first voltage amplitude is supplied to a gate booster connected to the transistor.
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