(57)【要約】【課題】４相クロック駆動のチャージポンプ回路において、負昇圧及び正昇圧効率を改善する。【解決手段】負昇圧ユニットＣＮＵ１は、負昇圧ユニット入力端子ＣＮＵｉにドレインを接続し、負昇圧ユニット出力端子ＣＮＵｏにソースを接続した転送用トランジスタＭ４２と、転送用トランジスタＭ４２のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ２に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ２と、転送用トランジスタＭ４２のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ３に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ２と、転送用トランジスタＭ４２のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ４２のゲートにそのドレインを接続し、負昇圧ユニット入力段ＣＮＩの転送用トランジスタＭ４１のゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ５２とを有する。【選択図】図１
2019075865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャージポンプ型の負昇圧ユニットが直列に接続された負昇圧型のチャージポンプであって、
前記負昇圧ユニットは、負昇圧ユニット入力端子にドレインを接続し、負昇圧ユニット出力端子にソースを接続した転送用トランジスタと、
前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、前段の前記負昇圧ユニットの前記転送用トランジスタまたは負昇圧ユニット入力段の転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、
で構成されたことを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】
前記負昇圧ユニット入力段は、
入力段入力端子にドレインを接続し、入力段出力端子にソースを接続した前記転送用トランジスタと、
前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、クロック入力端子にそのゲートを接続した放電用トランジスタと、
で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
【請求項３】
負昇圧ユニット出力段は、
出力段入力端子にドレインを接続し、出力段出力端子にソースを接続した転送用トランジスタと、
前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、
前記出力段出力端子にそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、前段の前記負昇圧ユニットの前記転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、
で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
【請求項４】
複数のチャージポンプ型の正昇圧ユニットが直列に接続された正昇圧型のチャージポンプであって、
前記正昇圧ユニットは、正昇圧ユニット入力端子にソースを接続し、正昇圧ユニット出力端子にドレインを接続した転送用トランジスタと、
前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、次段の正昇圧ユニットの転送用トランジスタまたは正昇圧ユニット出力段の転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、
で構成されたことを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項５】
正昇圧ユニット入力段は、
入力段入力端子にソースを接続し、入力段出力端子にドレインを接続した転送用トランジスタと、
前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、前記クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、後段の前記正昇圧ユニットの前記転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、
で構成されたことを特徴とする請求項４に記載のチャージポンプ回路。
【請求項６】
前記正昇圧ユニット出力段は、
出力段入力端子にソースを接続し、出力段出力端子にドレインを接続した転送用トランジスタと、
前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、
前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、前記転送用トランジスタのドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、
で構成されたことを特徴とする請求項４に記載のチャージポンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４相クロック駆動のチャージポンプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性半導体記憶装置の一種に電気的にデータの書き換えが可能なフラッシュメモリがあるが、フラッシュメモリはデータの書込み時に高電圧（例えば１２Ｖ）の電源を必要とする。そのためフラッシュメモリはチャージポンプ回路を内蔵し、外部から供給される低電圧（例えば３Ｖ）の電源から必要な高電圧の電源をチャージポンプ回路で発生させていることが一般的である。
【０００３】
チャージポンプ回路として２相クロック駆動のチャージポンプ回路や、４相クロック駆動のチャージポンプ回路（例えば特許文献１参照）がある。
【０００４】
特許文献１に記載されたチャージポンプ回路は、基板バイアス効果に関して述べる。チャージポンプユニットのＮＭＯＳトランジスタをウエル分離形式のＮＭＯＳトランジスタとし、その分離用のＮ型ウエルが、そのＮ型ウエルとＰ型基板との間及びそのＮ型ウエルとＰ型ウエルとの間が逆バイアスされるように、高電位点に接続する。これにより、直列接続されているいずれのチャージポンプユニットにおいても、Ｐ型ウエルの電位はそのソース電位と同電位にし、その閾値電圧を一定の低い値とする。
【０００５】
図６は、従前から用いられている４相クロック駆動の負電圧チャージポンプ回路の構成を示す一例である。
【０００６】
負昇圧ユニットＣＮＵ１〜ＣＮＵ４及び負昇圧ユニット出力段ＣＮＯが直列に接続されている。
負昇圧ユニットＣＮＵ１の負昇圧ユニット入力端子ＣＮＵｉに接地電圧ＧＮＤが接続されており、負昇圧ユニット出力段ＣＮＯの出力段出力端子ＣＮＯｏは負昇圧回路の出力端子ＶＮＯＵＴを形成している。
出力端子ＶＮＯＵＴと接地電圧ＧＮＤとの間には、キャパシタＣＯＵＴと負荷ＲＯＵＴが並列に接続されている。ここでキャパシタＣＯＵＴは、出力電圧の平滑化のために用意されている。また、キャパシタＣＯＵＴは、出力端子ＶＮＯＵＴに発生する寄生キャパシタも含んでいる。負荷ＲＯＵＴは、チャージポンプ回路が駆動する負荷を表している。
【０００７】
負昇圧ユニットＣＮＵ１〜ＣＮＵ４は同様の構成であり、例えば負昇圧ユニットＣＮＵ１を例に説明する。
負昇圧ユニットＣＮＵ１は、負昇圧ユニット入力端子ＣＮＵｉにドレインを接続し、負昇圧ユニット出力端子ＣＮＵｏにソースを接続した転送用トランジスタＭ４１と、転送用トランジスタＭ４１のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ３に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ１と、転送用トランジスタＭ４１のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ１と、転送用トランジスタＭ４１のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ４１のゲートにそのドレインを接続し、転送用トランジスタＭ４１のドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ５１とを有する。
負昇圧ユニットは、目標とする電圧に応じて任意の個数を準備し、直列に接続していけばよい。本例では仮に４個の負昇圧ユニットを接続している。
負昇圧ユニットＣＮＵ２は転送用トランジスタＭ４２と放電用トランジスタＭ５２を有し、負昇圧ユニットＣＮＵ３は転送用トランジスタＭ４３と放電用トランジスタＭ５３を有し、負昇圧ユニットＣＮＵ４は転送用トランジスタＭ４４と放電用トランジスタＭ５４を有している。
なお、各負昇圧ユニットのポンプ用キャパシタＣＰ１〜ＣＰ４は、奇数番の負昇圧ユニットＣＮＵ１，ＣＮＵ３ではクロック入力端子ＦＮ３接続され、偶数番の負昇圧ユニットＣＮＵ２，ＣＮＵ４ではクロック入力端子ＦＮ４に接続される。
また、各負昇圧ユニットの補助ポンプ用キャパシタＣＧ１〜ＣＧ４は、奇数番の負昇圧ユニットＣＮＵ１，ＣＮＵ３ではクロック入力端子ＦＮ１に接続され、偶数番の負昇圧ユニットＣＮＵ２，ＣＮＵ４ではクロック入力端子ＦＮ２に接続される。
【０００８】
負昇圧ユニット出力段ＣＮＯは、出力段入力端子ＣＮＯｉにドレインを接続し、出力段出力端子ＣＮＯｏにソースを接続した転送用トランジスタＭ４５と、転送用トランジスタＭ４５のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ５と、転送用トランジスタＭ４５のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ４５のゲートにそのドレインを接続し、転送用トランジスタＭ４５のドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ５５とを有する。
【０００９】
図７は、図６におけるクロック入力端子ＦＮ１〜ＦＮ４と転送用トランジスタＭ４５のドレイン電圧Ｖｄｎ１とソース電圧Ｖｓｎ１とゲート電圧Ｖｇｎ１を示している。図７を用いて図６のチャージポンプ回路の動作を説明する。
【００１０】
クロック入力端子ＦＮ１は、時刻ｔ４でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ４１のゲート・ソース間の電圧差が高くなり導通する。クロック入力端子ＦＮ１は、時刻ｔ５でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ４１のゲート・ソース間の電圧差が低くなり導通しなくなる。
クロック入力端子ＦＮ２は、時刻ｔ１でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ４２のゲート・ソース間の電圧差が低くなり導通しなくなる。クロック入力端子ＦＮ２は、時刻ｔ８でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ４２のゲート・ソース間の電圧差が高くなり導通する。
クロック入力端子ＦＮ３は、時刻ｔ２でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１を通じて放電用トランジスタＭ５２のゲート・ソース間の電圧差が高くなり導通する。クロック入力端子ＦＮ３は、時刻ｔ７でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１を通じて放電用トランジスタＭ５２のゲート・ソース間の電圧差が低くなり導通しなくなる。
クロック入力端子ＦＮ４は、時刻ｔ３でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ５３のゲート・ソース間の電圧差が低くなり導通しなくなる。クロック入力端子ＦＮ４は、時刻ｔ６でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ５３のゲート・ソース間の電圧差が高くなり導通する。
【００１１】
ドレイン電圧Ｖｄｎ１はクロック入力端子ＦＮ４に同期した波形を示す。また、ゲート電圧Ｖｇｎ１はクロック入力端子ＦＮ１に同期した波形を示す。本来であれば、ソース電圧Ｖｓｎ１はクロック入力端子ＦＮ１に同期した波形を示すのだが、ドレイン電圧Ｖｄｎ１と同じ波形を示している。これは、転送用トランジスタＭ４５のゲート電圧Ｖｇｎ１がＶｓｎ１よりも高電位に停滞して転送用トランジスタＭ４５のドレイン・ソース間が低抵抗になることで、放電用トランジスタＭ５５のゲート・ソース間が短絡された状態になりトランジスタとして機能しなくなることから起こっている。
【００１２】
図７の区間Ｔ１〜Ｔ８に関しては後述する。
【００１３】
上述した問題は、次で説明することが原因で発生する。
起動時は図６の接地電圧ＧＮＤに近い負昇圧ユニットＣＮＵ１側から負昇圧が進むため、それよりも図６のさらに負電圧側に配置されている放電用トランジスタＭ５２〜Ｍ５５は動作しない。そして起動時は各配線に対してどの程度の電荷が溜まっているかは不定であり、転送用トランジスタＭ４１〜Ｍ４５のゲートに電荷が溜まっていることが起こりうる。そのため起動時に転送用トランジスタＭ４１〜Ｍ４５のゲート・ソース間電圧をクリアすることができず、転送用トランジスタＭ４１〜Ｍ４５が常にオンしてしまい負昇圧に寄与できない可能性がある。
【００１４】
また、負昇圧ユニットＣＮＵ１の放電用トランジスタＭ５１のゲートが接地電圧ＧＮＤで固定となっているため放電用トランジスタＭ５１が十分にオンできず、転送用トランジスタＭ４１が弱くオンしてしまい、転送用トランジスタＭ４１のソースからドレイン側へと逆流が発生してしまい十分に負昇圧できないという問題が起こりうる。
【００１５】
図７Ａは、図7に記した区間Ｔ１〜Ｔ８における各トランジスタの動作状態を示す。
仮に負昇圧ユニット出力段ＣＮＯ（転送用トランジスタＭ４５，放電用トランジスタＭ５５）が異常動作を起こした場合を示している。
転送用トランジスタＭ４４は、正常に動作しており区間Ｔ８のみＯＮしている。
放電用トランジスタＭ５４は、正常に動作しており区間Ｔ２〜Ｔ６でＯＮしている。
転送用トランジスタＭ４５は、正常動作時は区間Ｔ４のみＯＮのはずが、異常動作時は全ての区間においてＯＮしている。
放電用トランジスタＭ５５は、正常動作時は区間Ｔ１〜Ｔ２，Ｔ６〜Ｔ８でＯＮのはずが、異常動作時は全ての区間においてＯＦＦしている。
【００１６】
図８は、従前から用いられている４相クロック駆動の正電圧チャージポンプ回路の構成を示す一例である。
【００１７】
正昇圧ユニット入力段ＣＰＩ，正昇圧ユニットＣＰＵ１〜ＣＰＵ３及び正昇圧ユニット出力段ＣＰＯが直列に接続されている。
正昇圧ユニット入力段ＣＰＩの正昇圧ユニット入力端子ＣＰＩｉに電源電圧ＶＣＣ（例えば、２Ｖや３Ｖなど）が接続されており、正昇圧ユニット出力段ＣＰＯの出力段出力端子ＣＰＯｏは正昇圧回路の出力端子ＶＰＯＵＴを形成している。
出力端子ＶＰＯＵＴと接地電圧ＧＮＤとの間には、キャパシタＣＯＵＴと負荷ＲＯＵＴが並列に接続されている。ここでキャパシタＣＯＵＴは、出力電圧の平滑化のために用意されている。また、キャパシタＣＯＵＴは、出力端子ＶＰＯＵＴに発生する寄生キャパシタも含んでいる。負荷ＲＯＵＴは、チャージポンプ回路が駆動する負荷を表している。
【００１８】
正昇圧ユニット入力段ＣＰＩは、入力段入力端子ＣＰＩｉにソースを接続し、入力段出力端子ＣＰＩｏにドレインを接続した転送用トランジスタＭ１１と、転送用トランジスタＭ１１のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ１と、転送用トランジスタＭ１１のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ１１のゲートにそのドレインを接続し、転送用トランジスタＭ１１のドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ２１とを有する。
【００１９】
正昇圧ユニットＣＰＵ１〜ＣＰＵ３は同様の構成であり、例えば正昇圧ユニットＣＰＵ１を例に説明する。
正昇圧ユニットＣＰＵ１は、正昇圧ユニット入力端子ＣＰＵｉにソースを接続し、正昇圧ユニット出力端子ＣＰＵｏにドレインを接続した転送用トランジスタＭ１２と、転送用トランジスタＭ１２のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ３に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ１と、転送用トランジスタＭ１２のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ２に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ２と、転送用トランジスタＭ１２のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ１２のゲートにそのドレインを接続し、転送用トランジスタＭ１２のドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ２２とを有する。
正昇圧ユニットは、目標とする電圧に応じて任意の個数を準備し、直列に接続していけばよい。本例では仮に３個の正昇圧ユニットを接続している。
正昇圧ユニットＣＰＵ２は転送用トランジスタＭ１３と放電用トランジスタＭ２３を有し、正昇圧ユニットＣＰＵ３は転送用トランジスタＭ１４と放電用トランジスタＭ２４を有している。
なお、各正昇圧ユニットのポンプ用キャパシタＣＰ１〜ＣＰ３は、奇数番の正昇圧ユニットＣＰＵ１，ＣＰＵ３ではクロック入力端子ＦＰ３に接続され、偶数番の正昇圧ユニットＣＰＵ２ではクロック入力端子ＦＰ４に接続される。
また、各正昇圧ユニットの補助ポンプ用キャパシタＣＧ２〜ＣＧ４は、奇数番の正昇圧ユニットＣＰＵ１，ＣＰＵ３ではクロック入力端子ＦＰ２に接続され、偶数番の正昇圧ユニットＣＰＵ２ではクロック入力端子ＦＰ１に接続される。
【００２０】
正昇圧ユニット出力段ＣＰＯは、出力段入力端子ＣＰＯｉにソースを接続し、出力段出力端子ＣＰＯｏにドレインを接続した転送用トランジスタＭ１５と、転送用トランジスタＭ１５のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ４に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ４と、転送用トランジスタＭ１５のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ５と、転送用トランジスタＭ１５のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ１５のゲートにそのドレインを接続し、転送用トランジスタＭ１５のドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ２５とを有する。
【００２１】
図９は、図８におけるクロック入力端子ＦＰ１〜ＦＰ４と転送用トランジスタＭ１４のドレイン電圧Ｖｄｐ１とソース電圧Ｖｓｐ１とゲート電圧Ｖｇｐ１を示している。図９を用いて図８のチャージポンプ回路の動作を説明する。
【００２２】
クロック入力端子ＦＰ１は、時刻ｔ１でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ１１のゲート・ソース間の電圧差が低くなり転送用トランジスタＭ１１のソース・ドレイン間が導通しなくなる。クロック入力端子ＦＰ１は、時刻ｔ８でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ１１のゲート・ソース間の電圧差が高くなり転送用トランジスタＭ１１のソース・ドレイン間が導通する。
クロック入力端子ＦＰ２は、時刻ｔ４でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ１２のゲート・ソース間の電圧差が高くなり転送用トランジスタＭ１２のソース・ドレイン間が導通する。クロック入力端子ＦＰ２は、時刻ｔ５でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ１２のゲート・ソース間の電圧差が低くなり転送用トランジスタＭ１２のソース・ドレイン間が導通しなくなる。
クロック入力端子ＦＰ３は、時刻ｔ２でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１を通じて放電用トランジスタＭ２１のゲート・ソース間の電圧差が高くなり放電用トランジスタＭ２１のソース・ドレイン間が導通する。クロック入力端子ＦＰ３は、時刻ｔ７でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１を通じて放電用トランジスタＭ２１のゲート・ソース間の電圧差が低くなり放電用トランジスタＭ２１のソース・ドレイン間が導通しなくなる。
クロック入力端子ＦＰ４は、時刻ｔ３でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ２２のゲート・ソース間の電圧差が低くなり放電用トランジスタＭ２２のソース・ドレイン間が導通しなくなる。クロック入力端子ＦＰ４は、時刻ｔ６でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ２２のゲート・ソース間の電圧差が高くなり放電用トランジスタＭ２２のソース・ドレイン間が導通する。
【００２３】
ソース電圧Ｖｓｐ１はクロック入力端子ＦＰ３に同期した波形を示す。また、ゲート電圧Ｖｇｐ１はクロック入力端子ＦＰ２に同期した波形を示す。本来であれば、ドレイン電圧Ｖｄｐ１はクロック入力端子ＦＰ４に同期した波形を示すのだが、ソース電圧Ｖｓｐ１と同じ波形を示している。これは、転送用トランジスタＭ１４のゲート電圧Ｖｇｐ１がＶｓｐ１に対して転送用トランジスタＭ１４の閾値を十分超える高電圧になってしまっており、放電用トランジスタＭ２４がトランジスタとして機能しなくなり、転送用トランジスタＭ１４が常にオンしてしまうために起こっている。
【００２４】
図９の区間Ｔ１〜Ｔ８に関しては後述する。
【００２５】
上述した問題は、次で説明することが原因で発生する。
起動時は図８の電源電圧ＶＣＣに近い正昇圧ユニット入力段ＣＰＩ側から正昇圧が進むため、それよりも図８のさらに正電圧側に配置されている放電用トランジスタＭ２２〜Ｍ２５は動作しない。そして起動時は各配線に対してどの程度の電荷が溜まっているかは不定であり、転送用トランジスタＭ１１〜Ｍ１５のゲートに電荷が溜まっていることが起こりうる。そのため起動時に転送用トランジスタＭ１１〜Ｍ１５のゲート・ソース間電圧をクリアすることができず、転送用トランジスタＭ１１〜Ｍ１５が常にオンしてしまい正昇圧に寄与できない可能性がある。
【００２６】
また、正昇圧ユニット入力段ＣＰＩの放電用トランジスタＭ２１のソースが電源電圧ＶＣＣで固定となっているため放電用トランジスタＭ２１が十分にオンできず、転送用トランジスタＭ１１が弱くオンしてしまい、転送用トランジスタＭ１１のドレインからソース側へと逆流が発生してしまい十分に正昇圧できないという問題が起こりうる。
【００２７】
図９Ａは、図９に記した区間Ｔ１〜Ｔ８における各トランジスタの動作状態を示す。
仮に正昇圧ユニットＣＰＵ３（転送用トランジスタＭ１４，放電用トランジスタＭ２４）と正昇圧ユニット出力段ＣＰＯ（転送用トランジスタＭ１５，放電用トランジスタＭ２５）が異常動作を起こした場合も示している。
転送用トランジスタＭ１４は、正常動作時は区間Ｔ４のみＯＮだが、異常動作時は全ての区間においてＯＮしている。
放電用トランジスタＭ２４は、正常動作時は区間Ｔ１〜Ｔ２，Ｔ６〜Ｔ８でＯＮだが、異常動作時は全ての区間においてＯＦＦしている。
転送用トランジスタＭ１５は、正常動作時は区間Ｔ８のみＯＮだが、異常動作時は全ての区間においてＯＮしている。
放電用トランジスタＭ２５は、正常動作時は区間Ｔ３〜Ｔ５でＯＮだが、異常動作時は全ての区間においてＯＦＦしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開２００３−２３４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
特許文献１に記載されたチャージポンプ回路は、副のＮＭＯＳトランジスタの動作不安定の可能性に関してなんら開示していない。
【００３０】
また、図６に示した負昇圧型チャージポンプ回路または図８に示した正昇圧型チャージポンプ回路には、前述の通り以下の問題があることが本発明者によって知見された。
【００３１】
起動時は接地電圧ＧＮＤまたは電源電圧ＶＣＣに近い側から負昇圧または正昇圧が進むため、それよりも高電圧側に配置されている放電用トランジスタは機能しない。そして起動時は各配線に対してどの程度の電荷が溜まっているかは不定であり、転送用トランジスタのゲートに電荷が溜まっていることが起こりうる。そのため起動時に転送用トランジスタのゲート・ソース間電圧をクリアすることができず、転送用トランジスタが常にオンしてしまい負昇圧または正昇圧に寄与できない可能性があるという問題が起こりうる。
【００３２】
さらに、接地電圧ＧＮＤまたは電源電圧ＶＣＣに最も近い放電用トランジスタのゲート、またはソースが接地電圧ＧＮＤまたは電源電圧ＶＣＣに固定されているため、放電用トランジスタが十分にオンできず、転送用トランジスタが弱くオンしてしまい、転送用トランジスタで逆流が発生してしまい十分に負昇圧または正昇圧できないという問題がある。
【００３３】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、４相クロック駆動のチャージポンプ回路において、動作不良を排除するとともに負昇圧及び正昇圧効率を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明のチャージポンプ回路の一態様は、複数のチャージポンプ型の負昇圧ユニットが直列に接続された負昇圧型のチャージポンプであって、前記負昇圧ユニットは、負昇圧ユニット入力端子にドレインを接続し、負昇圧ユニット出力端子にソースを接続した転送用トランジスタと、前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、前段の前記負昇圧ユニットの前記転送用トランジスタまたは負昇圧ユニット入力段の転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、で構成される。
【００３５】
本発明のチャージポンプ回路の別の一態様は、前記負昇圧ユニット入力段は、入力段入力端子にドレインを接続し、入力段出力端子にソースを接続した前記転送用トランジスタと、前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、クロック入力端子にそのゲートを接続した放電用トランジスタと、で構成される。
【００３６】
本発明のチャージポンプ回路の別の一態様は、負昇圧ユニット出力段は、出力段入力端子にドレインを接続し、出力段出力端子にソースを接続した転送用トランジスタと、前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、前記出力段出力端子にそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、前段の前記負昇圧ユニットの前記転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、で構成される。
【００３７】
本発明のチャージポンプ回路の別の一態様は、複数のチャージポンプ型の正昇圧ユニットが直列に接続された正昇圧型のチャージポンプであって、前記正昇圧ユニットは、正昇圧ユニット入力端子にソースを接続し、正昇圧ユニット出力端子にドレインを接続した転送用トランジスタと、前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、次段の正昇圧ユニットの転送用トランジスタまたは正昇圧ユニット出力段の転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、で構成される。
【００３８】
本発明のチャージポンプ回路の別の一態様は、正昇圧ユニット入力段は、入力段入力端子にソースを接続し、入力段出力端子にドレインを接続した転送用トランジスタと、前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、前記クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、後段の前記正昇圧ユニットの前記転送用トランジスタのゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、で構成される。
【００３９】
本発明のチャージポンプ回路の別の一態様は、前記正昇圧ユニット出力段は、出力段入力端子にソースを接続し、出力段出力端子にドレインを接続した転送用トランジスタと、前記転送用トランジスタのゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタと、前記転送用トランジスタのソースにそのソースを接続し、前記転送用トランジスタのゲートにそのドレインを接続し、前記転送用トランジスタのドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタと、で構成される。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、４相クロック駆動のチャージポンプ回路において、チャージポンプ動作不良を排除するとともに負昇圧及び正昇圧効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の構成の一例を示す負昇圧型チャージポンプの一例である。
【図２】図１の主なノードの波形を示す。
【図２Ａ】図２の区間Ｔ１〜Ｔ８におけるトランジスタの状態を示す。
【図３】本発明の構成の一例を示す正昇圧型チャージポンプの一例である。
【図４】図３の主なノードの波形を示す。
【図４Ａ】図４の区間Ｔ１〜Ｔ８におけるトランジスタの状態を示す。
【図５】負昇圧型チャージポンプの出力端子ＶＮＯＵＴの電圧波形である。
【図６】発明者が事前に検討した負昇圧型チャージポンプを示す。
【図７】図６の主なノードの波形を示す。
【図７Ａ】図７の区間Ｔ１〜Ｔ８におけるトランジスタの状態を示す。
【図８】発明者が事前に検討した正昇圧型チャージポンプを示す。
【図９】図８の主なノードの波形を示す。
【図９Ａ】図９の区間Ｔ１〜Ｔ８におけるトランジスタの状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４３】
図１は、負昇圧型チャージポンプの本発明の構成の一例を表す。図６と同等の働きをする部分には同じ符号を付している。
【００４４】
負昇圧ユニット入力段ＣＮＩ，負昇圧ユニットＣＮＵ１〜ＣＮＵ３及び負昇圧ユニット出力段ＣＮＯが直列に接続されている。
負昇圧ユニット入力段ＣＮＩの負昇圧ユニット入力端子ＣＮＩｉに接地電圧ＧＮＤが接続されており、負昇圧ユニット出力段ＣＮＯの出力段出力端子ＣＮＯｏは負昇圧回路の出力端子ＶＮＯＵＴを形成している。
出力端子ＶＮＯＵＴと接地電圧ＧＮＤとの間には、キャパシタＣＯＵＴと負荷ＲＯＵＴが並列に接続されている。ここでキャパシタＣＯＵＴは、出力電圧の平滑化のために用意されている。また、キャパシタＣＯＵＴは、出力端子ＶＮＯＵＴに発生する寄生キャパシタも含んでいる。負荷ＲＯＵＴは、チャージポンプ回路が駆動する負荷を表している。
【００４５】
負昇圧ユニット入力段ＣＮＩは、入力段入力端子ＣＮＩｉにドレインを接続し、入力段出力端子ＣＮＩｏにソースを接続した転送用トランジスタＭ４１と、転送用トランジスタＭ４１のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ１と、転送用トランジスタＭ４１のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ３に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ１と、転送用トランジスタＭ４１のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ４１のゲートにそのドレインを接続し、クロック入力端子ＦＮ４にそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ５１とを有する。
【００４６】
負昇圧ユニットＣＮＵ１〜ＣＮＵ３は同様の構成であり、例えば負昇圧ユニットＣＮＵ１を例に説明する。
負昇圧ユニットＣＮＵ１は、負昇圧ユニット入力端子ＣＮＵｉにドレインを接続し、負昇圧ユニット出力端子ＣＮＵｏにソースを接続した転送用トランジスタＭ４２と、転送用トランジスタＭ４２のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ４に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ２と、転送用トランジスタＭ４２のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ２に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ２と、転送用トランジスタＭ４２のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ４２のゲートにそのドレインを接続し、負昇圧ユニット入力段ＣＮＩの転送用トランジスタＭ４１のゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ５２とを有する。なお負昇圧ユニットＣＮＵ２の放電用トランジスタＭ５３のゲートは負昇圧ユニットＣＮＵ１の転送用トランジスタＭ４２のゲートに接続され、負昇圧ユニットＣＮＵ３の放電用トランジスタＭ５４のゲートは負昇圧ユニットＣＮＵ２の転送用トランジスタＭ４３のゲートに接続されるというように、放電用トランジスタのゲートは１ユニット接地電圧ＧＮＤ側に存在する転送用トランジスタのゲートに接続される。
負昇圧ユニットは、目標とする電圧に応じて任意の個数を準備し、直列に接続していけばよい。本例では仮に３個の負昇圧ユニットを接続している。
負昇圧ユニットＣＮＵ２は転送用トランジスタＭ４３と放電用トランジスタＭ５３を有し、負昇圧ユニットＣＮＵ３は転送用トランジスタＭ４４と放電用トランジスタＭ５４を有している。
なお、各負昇圧ユニットのポンプ用キャパシタＣＰ２〜ＣＰ４は、奇数番の負昇圧ユニットＣＮＵ１，ＣＮＵ３などではクロック入力端子ＦＮ４に接続され、偶数番の負昇圧ユニットＣＮＵ２などではクロック入力端子ＦＮ３に接続される。
また、各負昇圧ユニットの補助ポンプ用キャパシタＣＧ２〜ＣＧ４は、奇数番の負昇圧ユニットＣＮＵ１，ＣＮＵ３などではクロック入力端子ＦＮ２に接続され、偶数番の負昇圧ユニットＣＮＵ２などではクロック入力端子ＦＮ１に接続される。
【００４７】
負昇圧ユニット出力段ＣＮＯは、出力段入力端子ＣＮＯｉにドレインを接続し、出力段出力端子ＣＮＯｏにソースを接続した転送用トランジスタＭ４５と、転送用トランジスタＭ４５のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＮ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ５と、転送用トランジスタＭ４５のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ４５のゲートにそのドレインを接続し、負昇圧ユニットＣＮＵ３の転送用トランジスタＭ４４のゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ５５とを有する。
【００４８】
放電用トランジスタＭ５２〜Ｍ５５は、１ユニット接地電圧ＧＮＤ側の転送用トランジスタのゲート電圧を利用して動作するようになっており、図６における従前の放電用トランジスタＭ５２〜Ｍ５５と比較して正電圧に近い電圧で動作するため、確実に転送用トランジスタＭ４２〜Ｍ４５が常にオンすることを防止することができるようになっている。
【００４９】
また、放電用トランジスタＭ５１は、そのゲートがクロック入力端子ＦＮ４で直接駆動されるようになっており十分にオンまたはオフされる。その結果、転送用トランジスタＭ４１が弱くオンしてしまうことを防ぎ、十分に負昇圧できるようになっている。
【００５０】
図２は、図１におけるクロック入力端子ＦＮ１〜ＦＮ４と転送用トランジスタＭ４５のドレイン電圧Ｖｄｎ２とソース電圧Ｖｓｎ２とゲート電圧Ｖｇｎ２を示している。図２を用いて図１のチャージポンプ回路の動作を説明する。
【００５１】
クロック入力端子ＦＮ１は、時刻ｔ４でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ４１と放電用トランジスタＭ５２のゲート電圧が高くなり導通する。クロック入力端子ＦＮ１は、時刻ｔ５でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ４１と放電用トランジスタＭ５２のゲート電圧が低くなり導通しなくなる。
クロック入力端子ＦＮ２は、時刻ｔ１でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ４２と放電用トランジスタＭ５３のゲート電圧が低くなり導通しなくなる。クロック入力端子ＦＮ２は、時刻ｔ８でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ４２と放電用トランジスタＭ５３のゲート電圧が高くなり導通する。
クロック入力端子ＦＮ３は、時刻ｔ２でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１から放電用トランジスタＭ５１のバックゲート・ドレイン間の寄生ダイオードを通じて補助ポンプ用キャパシタＣＧ１と転送用トランジスタＭ４１のゲートを充電する。クロック入力端子ＦＮ３は、時刻ｔ７でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１を通じて放電用トランジスタＭ５１のソース電位が低くなり、放電用トランジスタＭ５１のゲート・ソース間電位差が大きくなり導通する。
クロック入力端子ＦＮ４は、時刻ｔ３でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ５２のソース電位が低くなり、放電用トランジスタＭ５２のゲート・ソース間電位差が大きくなり導通する。また、放電用トランジスタＭ５１のゲート電圧が低くなり導通しなくなる。クロック入力端子ＦＮ４は、時刻ｔ６でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ５２のバックゲート・ドレイン間の寄生ダイオードを通じて補助ポンプ用キャパシタＣＧ２と転送用トランジスタＭ４２のゲートを充電する。また、放電用トランジスタＭ５１のゲート電圧が高くなり導通する。
【００５２】
ドレイン電圧Ｖｄｎ２はクロック入力端子ＦＮ４に同期した波形を示す。また、ゲート電圧Ｖｇｎ２はクロック入力端子ＦＮ１に同期した波形を示す。更に、ソース電圧Ｖｓｎ２はクロック入力端子ＦＮ１がハイレベルの時はドレイン電圧Ｖｄｎ２に漸近する波形を示し、クロック入力端子ＦＮ１がロウレベルの時は負荷ＲＯＵＴにより放電する。図７と比較してソース電圧Ｖｓｎ２の波形が変化しており正しく動作していることがわかる。
【００５３】
図２の区間Ｔ１〜Ｔ８に関しては次に記す。
【００５４】
図２Ａは、図２に記した区間Ｔ１〜Ｔ８における各トランジスタの動作状態を示す。
転送用トランジスタＭ４４は、正常に動作しており区間Ｔ８のみＯＮしている。
放電用トランジスタＭ５４は、正常に動作しており区間Ｔ３〜Ｔ５でＯＮしている。ただし、区間Ｔ３，Ｔ５は弱ＯＮである。放電用トランジスタＭ５４はクロック入力端子ＦＮ１がゲートを駆動しクロック入力端子ＦＮ４がソースを駆動する構成のため、両者の電位差が最も大きくなる時刻Ｔ４をＯＮと定義している。
転送用トランジスタＭ４５は、正常に動作しており区間Ｔ４のみＯＮしている。
放電用トランジスタＭ５５は、正常に動作しており区間Ｔ８のみＯＮしている。
全てのトランジスタが、上記で説明してきたように正常動作をすることとなる。
なお、従前の図７Ａの正常時のトランジスタ状態とは一致していないが、これは従前の回路とは構成が異なるためである。
【００５５】
これらにより転送用トランジスタが常にオンすることの防止、また初段の負昇圧動作も十分に行えるようになるため、チャージポンプ全体としての負昇圧効率が向上する。
【００５６】
図３は、正昇圧型チャージポンプの本発明の構成の一例を表す。図８と同等の働きをする部分には同じ符号を付している。
【００５７】
正昇圧ユニット入力段ＣＰＩ，正昇圧ユニットＣＰＵ１〜ＣＰＵ３及び正昇圧ユニット出力段ＣＰＯが直列に接続されている。
正昇圧ユニット入力段ＣＰＩの正昇圧ユニット入力端子ＣＰＩｉに電源電圧ＶＣＣ（例えば、２Ｖや３Ｖなど）が接続されており、正昇圧ユニット出力段ＣＰＯの出力段出力端子ＣＰＯｏは正昇圧回路の出力端子ＶＰＯＵＴを形成している。
出力端子ＶＰＯＵＴと接地電圧ＧＮＤとの間には、キャパシタＣＯＵＴと負荷ＲＯＵＴが並列に接続されている。ここでキャパシタＣＯＵＴは、出力電圧の平滑化のために用意されている。また、キャパシタＣＯＵＴは、出力端子ＶＰＯＵＴに発生する寄生キャパシタも含んでいる。負荷ＲＯＵＴは、チャージポンプ回路が駆動する負荷を表している。
【００５８】
正昇圧ユニット入力段ＣＰＩは、入力段入力端子ＣＰＩｉにソースを接続し、入力段出力端子ＣＰＩｏにドレインを接続した転送用トランジスタＭ１１と、転送用トランジスタＭ１１のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ１と、転送用トランジスタＭ１１のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ１１のゲートにそのドレインを接続し、正昇圧ユニットＣＰＵ１の転送用トランジスタＭ１２のゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ２１とを有する。
【００５９】
正昇圧ユニットＣＰＵ１〜ＣＰＵ３は同様の構成であり、例えば正昇圧ユニットＣＰＵ１を例に説明する。
正昇圧ユニットＣＰＵ１は、正昇圧ユニット入力端子ＣＰＵｉにソースを接続し、正昇圧ユニット出力端子ＣＰＵｏにドレインを接続した転送用トランジスタＭ１２と、転送用トランジスタＭ１２のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ３に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ１と、転送用トランジスタＭ１２のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ２に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ２と、転送用トランジスタＭ１２のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ１２のゲートにそのドレインを接続し、次段の正昇圧ユニットＣＰＵ２の転送用トランジスタＭ１３のゲートにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ２２とを有する。なお正昇圧ユニットＣＰＵ２の放電用トランジスタＭ２３のゲートは正昇圧ユニットＣＰＵ３の転送用トランジスタＭ１４のゲートに接続され、正昇圧ユニットＣＰＵ３の放電用トランジスタＭ２４のゲートは、正昇圧ユニット出力段ＣＰＯの転送用トランジスタＭ１５のゲートに接続されるというように、放電用トランジスタのゲートは１ユニット出力端子ＶＰＯＵＴ側に存在する転送用トランジスタのゲートに接続される。
正昇圧ユニットは、目標とする電圧に応じて任意の個数を準備し、直列に接続していけばよい。本例では仮に３個の正昇圧ユニットを接続している。
正昇圧ユニットＣＰＵ２は転送用トランジスタＭ１３と放電用トランジスタＭ２３を有し、正昇圧ユニットＣＰＵ３は転送用トランジスタＭ１４と放電用トランジスタＭ２４を有している。
なお、各正昇圧ユニットのポンプ用キャパシタＣＰ１〜ＣＰ３は、奇数番の正昇圧ユニットＣＰＵ１，ＣＰＵ３などではクロック入力端子ＦＰ３に接続され、偶数番の正昇圧ユニットＣＰＵ２などではクロック入力端子ＦＰ４に接続される。
また、各正昇圧ユニットの補助ポンプ用キャパシタＣＧ２〜ＣＧ４は、奇数番の正昇圧ユニットＣＰＵ１，ＣＰＵ３などではクロック入力端子ＦＰ２に接続され、偶数番の正昇圧ユニットＣＰＵ２などではクロック入力端子ＦＰ１に接続される。
【００６０】
正昇圧ユニット出力段ＣＰＯは、出力段入力端子ＣＰＯｉにソースを接続し、出力段出力端子ＣＰＯｏにドレインを接続した転送用トランジスタＭ１５と、転送用トランジスタＭ１５のゲートに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ１に第２の電極を接続した補助ポンプ用キャパシタＣＧ５と、転送用トランジスタＭ１５のソースに第１の電極を接続し、クロック入力端子ＦＰ４に第２の電極を接続したポンプ用キャパシタＣＰ４と、転送用トランジスタＭ１５のソースにそのソースを接続し、転送用トランジスタＭ１５のゲートにそのドレインを接続し、転送用トランジスタＭ１５のドレインにそのゲートを接続した放電用トランジスタＭ２５とを有する。
【００６１】
放電用トランジスタＭ２１〜Ｍ２４は、１ユニット出力端子ＶＰＯＵＴ側の転送用トランジスタのゲート電圧を利用して動作するようになっており、図８における従前の放電用トランジスタＭ２１〜Ｍ２４と比較して高い正電圧で動作するため、確実に転送用トランジスタＭ１１〜Ｍ１４が常にオンすることを防止することができるようになっている。
【００６２】
図４は、図３におけるクロック入力端子ＦＰ１〜ＦＰ４と転送用トランジスタＭ１４のドレイン電圧Ｖｄｐ２とソース電圧Ｖｓｐ２とゲート電圧Ｖｇｐ２を示している。図４を用いて図３のチャージポンプ回路の動作を説明する。
【００６３】
クロック入力端子ＦＰ１は、時刻ｔ１でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ１１のゲート電圧が低くなり導通しなくなる。クロック入力端子ＦＰ１は、時刻ｔ８でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ１を通じて転送用トランジスタＭ１１のゲート電圧が高くなり導通する。
クロック入力端子ＦＰ２は、時刻ｔ４でハイレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ１２と放電用トランジスタＭ２１のゲート電圧が高くなり導通する。クロック入力端子ＦＰ２は、時刻ｔ５でロウレベルになる。これにより、補助ポンプ用キャパシタＣＧ２を通じて転送用トランジスタＭ１２と放電用トランジスタＭ２１のゲート電圧が低くなり導通しなくなる。
クロック入力端子ＦＰ３は、時刻ｔ２でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１を通じて放電用トランジスタＭ２２のバックゲート・ドレイン間の寄生ダイオードを通じて補助ポンプ用キャパシタＣＧ２と転送用トランジスタＭ１２のゲートを充電する。クロック入力端子ＦＰ３は、時刻ｔ７でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ１を通じて放電用トランジスタＭ２２のソース電圧を低くし、放電用トランジスタＭ２２のゲート・ソース間電圧が増加して導通する。
クロック入力端子ＦＰ４は、時刻ｔ３でロウレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ２３のソース電圧を降下させ、放電用トランジスタＭ２３のゲート・ソース間電圧が増加して導通し、転送用トランジスタＭ１３を導通させなくする。クロック入力端子ＦＰ４は、時刻ｔ６でハイレベルになる。これにより、ポンプ用キャパシタＣＰ２を通じて放電用トランジスタＭ２３のバックゲート・ドレイン間の寄生ダイオードを通じて補助ポンプ用キャパシタＣＧ３と転送用トランジスタＭ１３のゲートを充電する。
【００６４】
ソース電圧Ｖｓｐ２はクロック入力端子ＦＰ３に同期した波形を示す。また、ゲート電圧Ｖｇｐ２はクロック入力端子ＦＰ２，ＦＰ３に同期した波形を示す。クロック入力端子ＦＰ３がハイレベルになった時、ポンプ用キャパシタＣＰ３を通じてソース電圧Ｖｓｐ２が高くなり、ゲート電圧Ｖｇｐ２よりもソース電圧Ｖｓｐ２が高電位になると放電用トランジスタＭ２４のバックゲート・ドレイン間の寄生ダイオードを通じてゲート電圧Ｖｇｐ２が充電される。また、クロック入力端子ＦＰ３がロウレベルになった時、ポンプ用キャパシタＣＰ３を通じてソース電圧Ｖｓｐ２が低くなり、ゲート電圧Ｖｇｐ２よりもソース電圧Ｖｓｐ２が低電位になると放電用トランジスタＭ２４のゲート・ソース間電圧により導通してゲート電圧Ｖｇｐ２が放電される。
更に、ドレイン電圧Ｖｄｐ２はクロック入力端子ＦＰ４に同期した波形を示す。図９と比較するとドレイン電圧Ｖｄｐ２の波形が変化しており正しく正昇圧されていることがわかる。
【００６５】
図４の区間Ｔ１〜Ｔ８に関しては次に記す。
【００６６】
図４Ａは、図４に記した区間Ｔ１〜Ｔ８における各トランジスタの動作状態を示す。
正昇圧ユニット出力段ＣＰＯ（転送用トランジスタＭ１５，放電用トランジスタＭ２５）に関しては、従前（図８）と本発明（図３）において構成の違いがないため、異常動作時も示している。
転送用トランジスタＭ１４は、正常に動作しており区間Ｔ４のみＯＮしている。
放電用トランジスタＭ２４は、正常に動作しており区間Ｔ１，Ｔ７〜Ｔ８でＯＮしている。ただし、区間Ｔ１，Ｔ７は弱ＯＮである。放電用トランジスタＭ２４はクロック入力端子ＦＰ１がゲートを駆動しクロック入力端子ＦＰ３がソースを駆動する構成のため、両者の電位差が最も大きくなる時刻Ｔ８をＯＮと定義している。
転送用トランジスタＭ１５は、正常動作時は区間Ｔ８のみＯＮだが、異常動作時は全ての区間においてＯＮしている。
放電用トランジスタＭ２５は、正常動作時は区間Ｔ３〜Ｔ５でＯＮだが、異常動作時は全ての区間においてＯＦＦしている。
正昇圧ユニット出力段ＣＰＯに含まれるトランジスタを除く全てのトランジスタが、上記で説明してきたように正常動作をすることとなる。
なお、従前の図９Ａの正常時のトランジスタ状態とは一致していないが、これは従前の回路とは構成が異なるためである。
【００６７】
これらにより転送用トランジスタが常にオンすることの防止、また初段の正昇圧動作も十分に行えるようになるため、チャージポンプ全体としての正昇圧効率が向上する。
なお、前述したが正昇圧ユニット出力段ＣＰＯ（転送用トランジスタＭ１５，放電用トランジスタＭ２５）に関しては、従前（図８）と本発明（図３）において構成の違いがないため、異常動作の可能性は依然として残っている。
【００６８】
図５は、図１に示す負昇圧型チャージポンプの出力電圧ＶＮの時間的な推移を示している。また、破線Ｘ１は図６に示す負昇圧型チャージポンプの出力電圧ＶＮ’である。図６に示す負昇圧型チャージポンプは、全てのユニットが正常動作しない可能性があるが、仮に負昇圧ユニット出力段ＣＮＯが正常動作していないとした場合を示している。
【００６９】
時刻ｔ０において、チャージポンプ回路が起動する。この時、出力電圧ＶＮ，ＶＮ’の電圧は共に０である。
時刻ｔ１において、出力電圧ＶＮと出力電圧ＶＮ’に差が生じる。この差は、出力電圧ＶＮ’は負昇圧ユニット出力段ＣＮＯが正常動作していないことから発生する。
その後、チャージポンプ回路の起動が継続され、徐々に出力電圧ＶＮと出力電圧ＶＮ’の電圧差が大きくなっていく。
時刻ｔ２において、出力電圧ＶＮは目標設定電圧ＯＵＴに到達しているため起動を終了するが、出力電圧ＶＮ’は目標設定電圧ＯＵＴに到達していないため更なる起動を必要とする。
時刻ｔ３において、出力電圧ＶＮ’は目標設定電圧ＯＵＴに到達し起動を終了する。
【００７０】
本例においては、図６の負昇圧ユニット出力段ＣＮＯのみが正常動作していないとして図示したが、図６のチャージポンプ回路においては他のユニットも正常動作しない可能性がある。その場合は、出力電圧ＶＮ’の起動にはより長い時間を要することとなる。
【００７１】
以上より、転送用トランジスタが常にオンすることを防止することで、チャージポンプ全体としての負昇圧効率が向上することがわかる。
【００７２】
また、本発明においてはＮＭＯＳトランジスタで説明を行ったが、ＰＭＯＳトランジスタでも同様のことがなしうることは当業者であれば容易に理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、４相クロック駆動のチャージポンプ回路において、負昇圧及び正昇圧効率を改善するものである。そのため、本発明は、産業上の利用可能性は極めて高い。
【符号の説明】
【００７４】
ＣＧ１〜ＣＧ５  補助ポンプ用キャパシタ
ＣＮＩ  負昇圧ユニット入力段
ＣＮＩｉ  入力段入力端子
ＣＮＩｏ  入力段出力端子
ＣＮＯ  負昇圧ユニット出力段
ＣＮＯｉ  出力段入力端子
ＣＮＯｏ  出力段出力端子
ＣＮＵ１〜ＣＮＵ４  負昇圧ユニット
ＣＮＵｉ  負昇圧ユニット入力端子
ＣＮＵｏ  負昇圧ユニット出力端子
ＣＯＵＴ  キャパシタ
ＣＰ１〜ＣＰ４  ポンプ用キャパシタ
ＣＰＩ  正昇圧ユニット入力段
ＣＰＩｉ  入力段入力端子
ＣＰＩｏ  入力段出力端子
ＣＰＯ  正昇圧ユニット出力段
ＣＰＯｉ  出力段入力端子
ＣＰＯｏ  出力段出力端子
ＣＰＵ１〜ＣＰＵ３  正昇圧ユニット
ＣＰＵｉ  正昇圧ユニット入力端子
ＣＰＵｏ  正昇圧ユニット出力端子
ＦＮ１〜ＦＮ４，ＦＰ１〜ＦＰ４  クロック入力端子
ＧＮＤ  接地電圧
Ｍ１１〜Ｍ１５，Ｍ４１〜Ｍ４５  転送用トランジスタ
Ｍ２１〜Ｍ２５，Ｍ５１〜Ｍ５５  放電用トランジスタ
ＯＵＴ  目標設定電圧
ＲＯＵＴ  負荷
ｔ１〜ｔ８  時刻
Ｔ１〜Ｔ８  区間
ＶＣＣ  電源電圧
Ｖｄｎ１，Ｖｄｎ２，Ｖｄｐ１，Ｖｄｐ２  ドレイン電圧
Ｖｇｎ１，Ｖｇｎ２，Ｖｇｐ１，Ｖｇｐ２  ゲート電圧
ＶＮ，ＶＮ’  出力電圧
ＶＮＯＵＴ  出力端子
ＶＰＯＵＴ  出力端子
Ｖｓｎ１，Ｖｓｎ２，Ｖｓｐ１，Ｖｓｐ２  ソース電圧
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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