(57)【要約】      （修正有）【課題】昇圧回路を用いて負荷容量に断熱的に効率よく充電する。【解決手段】複数のダイオードａを直列に接続し、ダイオードａの奇数番目の接続節点と偶数番目の接続節点に互いに位相が反転した２つのクロック信号をそれぞれ入力して昇圧を行う回路部と、複数のダイオードａの接続節点にそれぞれダイオードｂを介して容量を接続するとともにスイッチを介して出力端子を接続し、低い電圧の容量に接続されたスイッチから高い電圧の容量に接続されたスイッチまで順番にＯＮとし、ＯＮのスイッチを介して出力端子に接続された負荷容量に断熱的に充電する充電制御部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のダイオードａを直列に接続し、ダイオードａの奇数番目の接続節点と偶数番目の接続節点に互いに位相が反転した２つのクロック信号をそれぞれ入力して昇圧を行う回路部と、
前記複数のダイオードａの接続節点にそれぞれダイオードｂを介して容量を接続するとともにスイッチを介して出力端子を接続し、低い電圧の容量に接続されたスイッチから高い電圧の容量に接続されたスイッチまで順番にＯＮとし、ＯＮのスイッチを介して前記出力端子に接続された負荷容量に断熱的に充電する充電制御部と
を備えたことを特徴とする断熱充電回路。
【請求項２】
請求項１に記載の断熱充電回路において、
前記充電制御部は、高い電圧の容量に接続されたスイッチから低い電圧の容量に接続されたスイッチまで順番にＯＮとし、ＯＮのスイッチを介して前記出力端子に接続された負荷容量から断熱的に放電する構成である
ことを特徴とする断熱充電回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の断熱充電回路において、
前記負荷容量は、フラッシュメモリまたは電荷蓄積メモリのワード線である
ことを特徴とする断熱充電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧回路を用いて負荷容量に効率的な充電を行う断熱充電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の昇圧回路の構成例を示す（非特許文献１）。
【０００３】
図４において、昇圧回路は、複数のダイオードを直列接続し、ダイオードの奇数番目の接続節点と偶数番目の接続節点に互いに位相が反転した２つのクロック信号ＣＫ１，ＣＫ２をそれぞれ入力して昇圧を行う構成である。ここで、Ｃはノイズ耐性を高めて安定動作させるための容量であり、Ｃs はダイオード接続節点の浮遊容量である。
【０００４】
図５は、従来の昇圧回路の動作例を示す。図５(a) は、図４の昇圧回路を簡単化した例であり、ｎ番目のダイオードの接続節点をＡn としている。ここで１≦ｎ≦Ｎである。図５(b) は、クロック信号ＣＫ１，ＣＫ２の時間変化を示す。クロックの電圧振幅はＶCKである。図５(c) は、ダイオードの接続節点Ａn および出力端子ＶOUT の電圧時間変化の様子を示す。Ａ1 の電圧は、クロックの電圧振幅ＶCKにより振動する。ここで、Ａ1 の電圧が高い状態から低い電圧に遷移する直前の電圧をＶ1 とする。同様に、Ａn 、Ａn+1 、ＡN において、電圧が高い状態から低い電圧に遷移する直前の電圧をＶn 、Ｖn+1 、ＶN とする。
【０００５】
Ｖn とＶn+1 の間には、次の関係がある（非特許文献１）。
Ｖn+1−Ｖn ＝Ｖ'CK−ＶD −ＶL     …(1) 
ここで、ＶD はダイオードによる電圧降下分である。また、ＶL は容量Ｃ＋Ｃs を充電したり放電したりする際の電圧変化分である。また、Ｖ'CK は、浮遊容量Ｃs のために変化したクロック電圧の電圧振幅であり、
Ｖ'CK＝（Ｃ／(Ｃ＋Ｃs)) ＶCK      …(2) 
が成立する。
【０００６】
また、式(1) は、Ｖ1 と入力電圧ＶINの関係においても明らかに成立する。すなわち、    Ｖ1−ＶIN＝Ｖ'CK−ＶD −ＶL       …(3) 
が成立する。また、この昇圧回路を流れる電流は、
ＩOUT＝ｆ(Ｃ＋Ｃs)ＶL             …(4) 
となる。ここで、ｆはクロック信号の周波数である。
【０００７】
式(1),式(2),式(4) より、
Ｖn+1−Ｖn＝(Ｃ／(Ｃ＋Ｃs))ＶCK−ＶD−ＩOUT／((Ｃ＋Ｃs)ｆ)       …(5) 
が得られる。よって、Ｎ段の場合には、式(3),式(5) により
ＶN−ＶIN＝Ｎ〔(Ｃ／(Ｃ＋Ｃs))ＶCK−ＶD−ＩOUT／((Ｃ＋Ｃs)ｆ)〕  …(6) 
となる。
【０００８】
ＡN の電圧は、ダイオードを介して出力電圧ＶOUT になるために、図５(c) のＶOUT のように表される。すなわち、Ｖ'CK>>ＶLと仮定して、リプルを無視すれば、
ＶOUT ＝ＶN −ＶD 
となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】J. F. Dickson,“On-chip High-voltage Generation in MNOS Integrated Circuits Using an Improved Voltage Multiplier Technique, ” IEEE Journal of Solid-State Circuits, SC-11, No.3, June 1976, pp.374-378.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来の昇圧回路の出力電圧ＶOUT を用いて負荷容量に充電すると、キャパシタの帯電エネルギーと等しいエネルギーが散逸エネルギーとして失われてしまうことが知られている。そのため、効率的に充電できない問題点があった。
【００１１】
本発明は、昇圧回路を用いて負荷容量に断熱的に効率よく充電することができる断熱充電回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の断熱充電回路は、複数のダイオードａを直列に接続し、ダイオードａの奇数番目の接続節点と偶数番目の接続節点に互いに位相が反転した２つのクロック信号をそれぞれ入力して昇圧を行う回路部と、複数のダイオードａの接続節点にそれぞれダイオードｂを介して容量を接続するとともにスイッチを介して出力端子を接続し、低い電圧の容量に接続されたスイッチから高い電圧の容量に接続されたスイッチまで順番にＯＮとし、ＯＮのスイッチを介して出力端子に接続された負荷容量に断熱的に充電する充電制御部とを備える。
【００１３】
また、充電制御部は、高い電圧の容量に接続されたスイッチから低い電圧の容量に接続されたスイッチまで順番にＯＮとし、ＯＮのスイッチを介して出力端子に接続された負荷容量から断熱的に放電する構成である。
【００１４】
また、負荷容量は、フラッシュメモリまたは電荷蓄積メモリのワード線としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の断熱充電回路では、負荷容量を定電圧による充電ではなく、階段的に充電および放電を行うことが可能となり、エネルギー散逸を低減でき、効率的に充電および放電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の断熱充電回路の実施例構成を示す図である。
【図２】本発明の断熱充電回路の動作例を説明する図である。
【図３】本発明の断熱充電回路の適用例を示す図である。
【図４】従来の昇圧回路の構成例を示す図である。
【図５】従来の昇圧回路の動作例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の断熱充電回路の実施例構成を示す。図１(a) は回路構成の詳細であり、図１(b) はダイオードを構成するＭＯＳトランジスタを示す。
【００１８】
図１において、入力端子ＶINにダイオードＤ1 〜ＤN を直列接続し、ダイオードＤ1 〜ＤN の各接続節点Ａ1 〜ＡN に、キャパシタＣを介して互いに位相が反転した２つのクロック信号ＣＫ１，ＣＫ２を交互に入力する。さらに、ダイオードＤ1 〜ＤN の各接続節点Ａ1 〜ＡN には、クロック電圧の振動に伴う逆流防止のためのダイオードＤ11〜Ｄ1Nを介して容量ＣF が接続され、ダイオードＤ11〜Ｄ1Nの接続節点Ｂ1 〜ＢN の電圧を保持する。また、接続節点Ｂ1 〜ＢN には、スイッチＳＷ1 〜ＳＷN を介して出力端子ＶOUT が接続される。また、出力端子ＶOUT には、スイッチＳＷ0 を介して接地電位が接続される。スイッチＳＷ0 〜ＳＷN は、図示しない制御回路が出力する制御信号Ｔ0 〜ＴN がHighのときにＯＮになる。
【００１９】
なお、直列接続されたダイオードＤ1 〜ＤN は従来の昇圧回路と同様であり、ダイオードＤ11〜Ｄ1N、容量ＣF 、スイッチＳＷ0 〜ＳＷN および図示しない制御回路が本発明の特徴とする断熱充電を行うための充電制御部を構成する。
【００２０】
ここで、接続節点Ａk の電圧Ｖk と接続節点Ｂk の電圧Ｖ'kとの間には、
Ｖk ＝Ｖ'k＋ＶD       …(7) 
が成立する（１≦ｋ≦Ｎ）。ここで、リプルを無視すれば、接続節点Ｂk の電圧Ｖ'kは一定値 (Ｖk−ＶD) とみなすことができる。式(6) と式(7) より、
Ｖ'k＝ＶIN−ＶD＋ｋ〔(Ｃ／(Ｃ＋Ｃs'))ＶCK−ＶD−ＩOUT／((Ｃ＋Ｃs')f) 〕
…(8) 
が成立する。ここで、Ｃs'は、浮遊容量Ｃs とキャパシタＣF の容量を合せたものである。これから、接続節点Ｂ1 の電圧Ｖ'1は、
Ｖ'1＝ＶIN−ＶD＋(Ｃ／(Ｃ＋Ｃs'))ＶCK−ＶD−ＩOUT／((Ｃ＋Ｃs')ｆ)     …(9) 
であり、接続節点Ｂ2 以降の電圧は、次の差分電圧ΔＶだけ増加する。
ΔＶ＝Ｖ'k+1−Ｖ'k＝(Ｃ／(Ｃ＋Ｃs'))ＶCK−ＶD−ＩOUT／((Ｃ＋Ｃs')ｆ) 
…(10)
【００２１】
本実施例の断熱充電回路は、接続節点Ｂk の電圧Ｖ'kを低い電圧から高い電圧へ順番に出力端子ＶOUT に接続する。すなわち、制御信号Ｔ0 から制御信号ＴN に順番にHighにしてスイッチＳＷ0 〜ＳＷN を順番にＯＮとし、ＯＮとなったスイッチＳＷk に接続される接続節点Ｂk の電圧Ｖ'kを出力端子ＶOUT から負荷容量ＣL に順番に印加し、断熱充電する。また、接続節点Ｂk の電圧Ｖ'kを高い電圧から低い電圧へ順番に出力端子ＶOUT に接続する。すなわち、制御信号ＴN から制御信号Ｔ0 に順番にHighにしてスイッチＳＷN 〜ＳＷ0 を順番にＯＮとし、出力端子ＶOUT に接続される負荷容量ＣL の電荷をスイッチＳＷN 〜ＳＷ0 を介して断熱放電する。
【００２２】
図２は、本発明の断熱充電回路の動作例を示す。
図２において、時刻ｔ０〜ｔ１で制御信号Ｔ0 をHighとしてスイッチＳＷ0 をＯＮとし、出力端子ＶOUT を接地電位ＧＮＤとする。次に、時刻ｔ１〜ｔ２で制御信号Ｔ1 をHighとしてスイッチＳＷ1 をＯＮとし、接続節点Ｂ1 の電位Ｖ'1（式(9))を出力端子ＶOUT に取り出す。次に、時刻ｔ２〜ｔ３で制御信号Ｔ2 をHighとしてスイッチＳＷ2 をＯＮとし、出力端子ＶOUT の電圧をΔＶ（式(10)) だけ大きくする。次に、時刻ｔ３〜ｔ４で制御信号Ｔ3 をHighとしてスイッチＳＷ3 をＯＮとし、出力端子ＶOUT の電圧をΔＶ（式(10)) だけ大きくする。以下同様に、制御信号Ｔ4 、Ｔ3 、Ｔ2 、Ｔ1 、Ｔ0 と順番にHighとしてこの操作を繰り返す。これにより、図２に示すような階段電圧が出力端子ＶOUT に取り出され、負荷容量ＣL の断熱充電および断熱放電が行われる。
【００２３】
なお、図１に示すスイッチＳＷ1 〜ＳＷN は、必ずしも１つずつ順番にＯＮとする必要はなく、等間隔であれば１つ置きや２つ置きであってもよい。その場合、充電時と放電時で同じスイッチをＯＮとする。
【００２４】
図３は、本発明の断熱充電回路の適用例を示す。
フラッシュメモリは、図３(a) に示すように、消去時にゲート電極を０Ｖ、ボディ電位を20Ｖとして電子をフローティングゲートより引き抜き、図３(b) に示すように、書き込み時にゲート電極を20Ｖ、ボディ電位を０Ｖとして電子をフローティングゲートに注入することにより、しきい値電圧を制御し、しきい値電圧の値によりデータを記憶するデバイスである。
【００２５】
本発明の断熱充電回路は、このフラッシュメモリのゲート電極（すなわちワード線）や、ボディ電位の充放電に用いることができる。また、トラップメモリなどの電荷蓄積メモリのゲート電極（すなわちワード線）の充放電に用いることができる。
【符号の説明】
【００２６】
Ｄ  ダイオード
ＣL   負荷容量
ＣF   容量
ＳＷ  スイッチ
Ａ，Ｂ  接続節点
ＶIN  入力端子
ＶOUT 出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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