(57)【要約】【課題】昇圧部を構成する素子の破損を未然に防止することができる昇圧回路を提供する。【解決手段】昇圧回路１は、基準電圧を基に昇圧して昇圧電圧を発生するチャージポンプ回路３０を備える。昇圧回路１は、チャージポンプ回路３０の基準電圧が所定電圧以上であるか否かを判定し、基準電圧が所定電圧以上であればチャージポンプ回路３０を作動させず、基準電圧が所定電圧よりも小さければチャージポンプ回路３０を作動させる制御信号Φを出力する検出部１０を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電圧を基に昇圧して昇圧電圧を発生する昇圧部を備える昇圧回路において、
前記昇圧部の基準電圧が所定電圧以上であるか否かを判定し、同基準電圧が所定電圧以上であれば前記昇圧部を作動させず、前記基準電圧が所定電圧よりも小さければ前記昇圧部を作動させる制御信号を出力する検出部を有することを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記検出部は、前記基準電圧に第１の依存性を有する第１の電圧と前記基準電圧に第２の依存性を有する第２の電圧との比較により、前記基準電圧が前記所定電圧以上であるか否かを判定する比較部とを有することを特徴とする昇圧回路。
【請求項３】
請求項１に記載の昇圧回路において、
前記検出部は、前記基準電圧の一定比率の電圧と前記基準電圧から一定電圧増減された電圧との比較により、前記基準電圧が前記所定電圧以上であるか否かを判定する比較部とを有することを特徴とする昇圧回路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の昇圧回路において、
前記昇圧部はクロック動作するチャージポンプ回路であり、
該チャージポンプ回路へのクロック信号が前記検出部からの制御信号と一致するか否かを判定し、一致するときのみ前記チャージポンプ回路を昇圧するクロック信号を出力する判定部を有することを特徴とする昇圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を変換して所望とする電圧を生成する昇圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外部から供給される動作電圧と異なる電圧を必要とする回路を備えた半導体装置においては、それら電圧を単一の電源から得るために例えば特許文献１に記載されたチャージポンプ回路が搭載されている。チャージポンプ回路の一例を、図３及び図４に従って説明する。
【０００３】
図３に示すチャージポンプ回路３０は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタよりなるスイッチングトランジスタＴ１，Ｔ２と、コンデンサＣ及び出力コンデンサＣｏｕｔとを備えて構成されている。このチャージポンプ回路３０に、図４に示すように、クロック信号ＣＫ０，ＣＫＢ０をトランジスタＴ１，Ｔ２に印加してトランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフしながら、コンデンサＣに周期的なクロック信号ＣＫ１を印加する。すると、このクロック信号ＣＫ１の波高値Ｖｄｄに基づき、その出力電圧Ｖｏｕｔとして最大で「２Ｖｄｄ」の電圧を得ることができる。
【特許文献１】特開２００２―３０５８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体装置を構成する素子は所定の耐圧を持つように設定されたプロセスにて形成される。しかし、所定の動作電源電圧で動作するように設計された半導体装置にその動作電源電圧よりも高い電源電圧が供給されてしまうことがある。そのような場合、上記従来の構成のチャージポンプ回路は、動作電源電圧に応じた昇圧動作を行うため、チャージポンプ回路の出力電圧が素子の耐圧を超えてしまう場合がある。通常、トランジスタ等に印加される電圧については絶対最大定格が設定されており、昇圧電圧が絶対最大定格を超える電圧となった場合、トランジスタ等が破損する恐れがある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、昇圧部を構成する素子の破損を未然に防止することができる昇圧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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の昇圧回路は、基準電圧を基に昇圧して昇圧電圧を発生する昇圧部を備える昇圧回路において、前記昇圧部の基準電圧が所定電圧以上であるか否かを判定し、同基準電圧が所定電圧以上であれば前記昇圧部を作動させず、前記基準電圧が所定電圧よりも小さければ前記昇圧部を作動させる制御信号を出力する検出部を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の昇圧回路において、前記検出部は、前記基準電圧に第１の依存性を有する第１の電圧と前記基準電圧に第２の依存性を有する第２の電圧との比較により、前記基準電圧が前記所定電圧以上であるか否かを判定する比較部とを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の昇圧回路において、前記検出部は、前記基準電圧の一定比率の電圧と前記基準電圧から一定電圧増減された電圧との比較により、前記基準電圧が前記所定電圧以上であるか否かを判定する比較部とを有することを特徴とす
る。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の昇圧回路において、前記昇圧部はクロック動作するチャージポンプ回路であり、該チャージポンプ回路へのクロック信号が前記検出部からの制御信号と一致するか否かを判定し、一致するときのみ前記チャージポンプ回路を昇圧するクロック信号を出力する判定部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、昇圧部を構成する素子の破損を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明にかかる昇圧回路１を図１及び図２に従って説明する。
【００１２】
図１は昇圧回路１の全体構成を示すブロック図であり、図２（ａ）は昇圧回路１の動作を説明する電圧の説明図、図２（ｂ）は（ａ）に基づく制御信号Φの説明図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の昇圧回路１は、検出部１０と、判定部としてのアンド回路２０、インバータ回路２１、オア回路２２，２３と、昇圧部としてのチャージポンプ回路３０とを備えて構成されている。
【００１４】
検出部１０は、レギュレータ１１と電源回路１２とコンパレータ１３とを備える。
【００１５】
レギュレータ１１は、高電位電源（基準電圧としての電源電圧Ｖｄｄ）と低電位電源（グランド電圧）との間に接続されている。レギュレータ１１は、電源電圧Ｖｄｄに第１の依存性を有する第１出力電圧Ｖ１を出力する。図２（ａ）に示すように、本実施形態では、レギュレータ１１は、電源電圧Ｖｄｄに対して一定の比率の電圧、例えば（１／ｎ）Ｖｄｄに設定された第１出力電圧Ｖ１を出力するように構成されている。従って、第１出力電圧Ｖ１と電源電圧Ｖｄｄとの差電圧は｛Ｖｄｄ−（１／ｎ）Ｖｄｄ｝となり、この差電圧は電源電圧Ｖｄｄが高い程大きくなる。
【００１６】
電源回路１２は、高電位電源（電源電圧Ｖｄｄ）と低電位電源（グランド）との間に接続されている。電源回路１２は、電源電圧Ｖｄｄを変換して電源電圧Ｖｄｄに第２の依存性を有する第２出力電圧Ｖ２を出力する。図２（ａ）に示すように、本実施形態では、電源回路１２は、電源電圧Ｖｄｄから一定電圧ΔＶだけ一律に低下された第２出力電圧Ｖ２（＝Ｖｄｄ−ΔＶ）を出力するように構成されている。なお、この電圧ΔＶは、検出部１０において電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔ以上であるか否かを判定するように設定されており、所定電圧Ｖｔにおける電源電圧と第１出力電圧との差電圧｛Ｖｔ−（１／ｎ）Ｖｔ｝とされている。
【００１７】
比較部としてのコンパレータ１３は、非反転入力端子にレギュレータ１１からの第１出力電圧Ｖ１が入力され反転入力端子には電源回路１２からの第２出力電圧Ｖ２が入力される。そして、コンパレータ１３は、第１出力電圧Ｖ１と第２出力電圧Ｖ２とを比較し、比較結果に基づくレベルの制御信号Φを出力する。図２（ｂ）に示すように、コンパレータ１３は、第１出力電圧Ｖ１が第２出力電圧Ｖ２よりも大きければＨレベル（電源電圧Ｖｄｄ）の制御信号Φを出力し、第１出力電圧Ｖ１が第２出力電圧Ｖ２よりも小さければＬレベル（グランド電圧）の制御信号Φを出力する。
【００１８】
上記したように、第１出力電圧Ｖ１は電源電圧Ｖｄｄから所定の比率にて生成した電圧であり、第２出力電圧Ｖ２は電源電圧Ｖｄｄをオフセットした電圧である。従って、第１及び第２出力電圧Ｖ１，Ｖ２の傾きが異なり、第１及び第２出力電圧Ｖ１，Ｖ２の大小関係は、電源電圧Ｖｄｄに基づいて、該電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔのときに反転する。
【００１９】
上記の所定電圧Ｖｔ、即ち第１出力電圧Ｖ１の傾きと、第２出力電圧Ｖ２のオフセット量は、この昇圧回路１が実装された半導体装置にて保証される動作電源電圧の範囲（電圧許容範囲）に基づいて、その上限値を超えないように設定される。
【００２０】
アンド回路２０は、コンパレータ１３（検出部１０）から出力される制御信号Φの論理値とクロック信号ＣＫ１´の論理値との論理積信号として信号ＣＫ１を出力する。つまり、アンド回路２０は、Ｈレベルの制御信号Φに応答してクロック信号ＣＫ１´と実質的に同一に変化する信号ＣＫ１を出力し、Ｌレベルの制御信号Φに応答してＬレベルに固定された信号ＣＫ１を出力する。なお、クロック信号ＣＫ１´は、例えば上記従来で説明したように、振幅を電源電圧Ｖｄｄとする一定周期のパルス信号である。
【００２１】
また、コンパレータ１３から出力される制御信号Φは、インバータ回路２１を介してオア回路２２，２３に入力される。オア回路２２，２３は、反転された制御信号Φの論理値とクロック信号ＣＫ０´，ＣＫＢ０´の論理値との論理和信号として信号ＣＫ０，ＣＫＢ０を出力する。
【００２２】
つまり、Ｈレベルの制御信号Φはインバータ回路２１により反転されてＬレベルとされてからオア回路２２，２３に入力され、オア回路２２，２３は、このＬレベルの信号に応答してクロック信号ＣＫ０´，ＣＫＢ０´と実質的に同一に変化する信号ＣＫ０，ＣＫＢ０を出力する。また、Ｌレベルの制御信号Φはインバータ回路２１により反転されてＨレベルとされてからオア回路２２，２３に入力され、オア回路２２，２３はこのＨレベルの信号に応答してＨレベルに固定された信号ＣＫ０，ＣＫＢ０を出力する。なお、クロック信号ＣＫ０´，ＣＫＢ０´は、例えば上記従来で説明したように、チャージポンプ回路３０のトランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフ制御する信号である。
【００２３】
チャージポンプ回路３０は、アンド回路２０から出力される信号ＣＫ１、及びオア回路２２，２３から出力される信号ＣＫ０，ＣＫＢ０に基づいて昇圧動作を行うものである。なお、このチャージポンプ回路３０は、どのような昇圧部とされてもよく、例えば上記従来で説明した構成のチャージポンプ回路３０（図３参照）が接続されれば、出力電圧Ｖｏｕｔとして最大で略「２Ｖｄｄ」の出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００２４】
チャージポンプ回路３０においては、制御信号ΦがＨレベルのとき、基準電圧としての電源電圧Ｖｄｄが信号ＣＫ１の振幅である電源電圧Ｖｄｄだけ昇圧され、出力電圧Ｖｏｕｔは略「２Ｖｄｄ」とされる。このように、チャージポンプ回路３０からは、基準電圧である電源電圧Ｖｄｄに依存する出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００２５】
次に、上記の構成の昇圧回路１による電圧の発生動作の概要を説明する。
【００２６】
先ず、検出部１０において、レギュレータ１１からの第１出力電圧Ｖ１と電源回路１２からの第２出力電圧Ｖ２とがコンパレータ１３に入力され、コンパレータ１３から制御信号Φが出力される。ここで、電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔよりも小さければＨレベルの制御信号Φが出力され、電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔよりも大きければＬレベルの制御信号Φが出力される。
【００２７】
そして、検出部１０からの制御信号Φとクロック信号ＣＫ１´とがアンド回路２０に入力され、アンド回路２０から信号ＣＫ１が出力される。
【００２８】
ここで、検出部１０からの制御信号ΦがＨレベル、即ち、電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔよりも小さければ、信号ＣＫ１はクロック信号ＣＫ１´と実質的に同一なパルス波形を持つ。また、このとき、Ｈレベルの制御信号Φが反転されてオア回路２２，２３に入力され、信号ＣＫ０，ＣＫＢ０はクロック信号ＣＫ０´，ＣＫＢ０´と実質的に同一なパルス
波形を持つ。このため、検出部１０からの制御信号ΦがＨレベルである場合には、チャージポンプ回路３０は信号ＣＫ１（クロック信号ＣＫ１´）、及び信号ＣＫ０，ＣＫＢ０（クロック信号ＣＫ０´，ＣＫＢ０´）に基づき昇圧を行う。
【００２９】
また、検出部１０からの制御信号ΦがＬレベル、即ち、電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔよりも大きければ、クロック信号ＣＫ１´に関わらずアンド回路２０からチャージポンプ回路３０に供給される信号ＣＫ１は一定レベル（Ｌレベル）である。また、このとき、クロック信号ＣＫ０´，ＣＫＢ０´に関わらずオア回路２２，２３からチャージポンプ回路３０に供給される信号ＣＫ０，ＣＫＢ０は一定レベル（Ｈレベル）である。このため、チャージポンプ回路３０は昇圧動作を行わない。
【００３０】
従って、本実施形態の昇圧回路１によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００３１】
（１）本実施形態では、昇圧回路１は検出部１０を有する。検出部１０は、チャージポンプ回路３０の電源電圧Ｖｄｄ（基準電圧）が所定電圧Ｖｔ以上であるか否かを判定し、同電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔ以上であればチャージポンプ回路３０を作動させず、電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔよりも小さければチャージポンプ回路３０を作動させる制御信号Φを出力する。このため、チャージポンプ回路３０において、基準電圧端における電源電圧Ｖｄｄを電源電圧Ｖｄｄの電圧ステップで昇圧を行うことにより、その昇圧電圧がチャージポンプ回路３０の素子耐圧を超える場合には、チャージポンプ回路３０は作動されない。この結果、昇圧回路１の電源電圧Ｖｄｄが高くなってもチャージポンプ回路３０を構成する素子（出力電圧Ｖｏｕｔが供給されるトランジスタ等）が破損するという事態を未然に防止することができる。
【００３２】
（２）本実施形態では、検出部１０は、電源電圧Ｖｄｄに接続されたレギュレータ１１と、該レギュレータ１１からの第１出力電圧Ｖ１が電源回路１２からの第２出力電圧Ｖ２以上であるか否かを判定するコンパレータ１３とを有する。このように、電源電圧Ｖｄｄに第１の依存性を有するレギュレータ１１からの第１出力電圧Ｖ１と、電源電圧Ｖｄｄに第２の依存性を有する電源回路１２からの第２出力電圧Ｖ２とを比較して電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔ以上であるか否かの判定を行うため、この判定を確実に行うことができる。
【００３３】
（３）本実施形態では、昇圧回路１は、チャージポンプ回路３０へのクロック信号ＣＫ１´が検出部１０からの制御信号Φと一致するか否かを判定し、一致するときのみチャージポンプ回路３０を昇圧する信号ＣＫ１を出力するアンド回路２０を有する。このため、電源電圧Ｖｄｄが所定電圧Ｖｔを超えないときのみチャージポンプ回路３０のクロック動作を行うようにすることができる。
【００３４】
なお、上記実施形態は以下のような別例に変更して具体化してもよい。
【００３５】
・本実施形態では、アンド回路２０が、検出部１０から出力される制御信号Φと、チャージポンプ回路３０を作動させるクロック信号ＣＫ１´との論理積信号として信号ＣＫ１を出力することにより、チャージポンプ回路３０を作動させるか否かの制御を行った。しかし、チャージポンプ回路３０（昇圧部）を作動させるか否かの制御は、どのような手段で行ってもよく、必ずしもアンド回路２０を設ける必要はない。例えば、制御信号ΦをＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成されるスイッチングトランジスタに接続し、このスイッチングトランジスタがオンされたときのみクロック信号ＣＫ１´がチャージポンプ回路３０に供給されるように構成してもよい。
【００３６】
・本実施形態では、昇圧回路１は、アンド回路２０とオア回路２２，２３とを設けることで、Ｈレベルの制御信号Φに基づき信号ＣＫ１及び信号ＣＫ０，ＣＫＢ０がクロック動作し、Ｌレベルの制御信号Φに基づき信号ＣＫ１及び信号ＣＫ０，ＣＫＢ０が一定レベル
に固定されるようにした。しかし、制御信号Φに基づき、所定電圧Ｖｔを基準にチャージポンプ回路３０の昇圧動作の制御を行うことができるのであれば、アンド回路２０かオア回路２２，２３の何れかを省略してもよい。
【００３７】
・本実施形態では、昇圧部としてのチャージポンプ回路３０は、電源電圧Ｖｄｄから電源電圧Ｖｄｄの電圧ステップで正側に昇圧を行うものとしたが、チャージポンプ回路はこの形態に何ら限定されず、どのような構成としてもよい。例えば、チャージポンプ回路の基準電圧端をグランド電圧（略０ボルト）とし、略０ボルトから負側に電源電圧Ｖｄｄ（基準電圧）の電圧ステップで降圧するチャージポンプ回路としてもよい。また、チャージポンプ回路におけるトランジスタやコンデンサの数は任意であり、昇圧段は何段であってもよい。
【００３８】
・本実施形態では、コンパレータ１３において、電源電圧Ｖｄｄに対して一定の比率の電圧である第１出力電圧Ｖ１と、電源電圧Ｖｄｄから一定電圧ΔＶだけ一律に低下された第２出力電圧Ｖ２とを比較するものとしたが、電源電圧Ｖｄｄを判定する手段はこの態様に何ら限定されない。
【００３９】
例えば、比較部において、コンパレータ１３自身が非反転入力端子及び反転入力端子に入力された電圧を寄生的にそれぞれ異なる一定電圧だけ低下させる特性を有する場合には、基準電圧と基準電圧に対して一定の比率の比率の出力電圧とを比較することで、基準電圧が所定電圧以上であるか否かを判定するようにしてもよい。
【００４０】
・本実施形態では、レギュレータ１１により電源電圧Ｖｄｄ（基準電圧）から生成される電圧値は図２（ａ）に示すように設定されたものとしたが、レギュレータ１１により生成される電圧値は可変としてもよい。例えば、電源電圧Ｖｄｄに対する第１出力電圧Ｖ１の傾斜（１／ｎ）を変更してもよい。そうすると、ｎを大きくして第１出力電圧Ｖ１の傾斜（１／ｎ）を小さくすることで、コンパレータ１３での第１出力電圧Ｖ１と第２出力電圧Ｖ２との比較をより確実に行うことができる。また、第１出力電圧Ｖ１を変更することで、電源電圧Ｖｄｄが判定される所定電圧Ｖｔを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にかかる昇圧回路の全体構成を示すブロック図。
【図２】上記の昇圧回路の動作を説明する、（ａ）は電圧の説明図、（ｂ）は（ａ）に基づく制御信号の説明図。
【図３】従来のチャージポンプ回路の一例を示す回路図。
【図４】上記チャージポンプ回路の動作例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００４２】
１  昇圧回路、１０  検出部、１１  レギュレータ、１３  コンパレータ（比較部）、２０  アンド回路（判定部）、３０  チャージポンプ回路（昇圧部）、Ｖｄｄ  電源電圧（基準電圧）、Ｖｔ  所定電圧、Φ  制御信号、Ｖ１  第１出力電圧（第１の電圧、基準電圧の一定比率の電圧）、Ｖ２  第２出力電圧（第２の電圧、基準電圧から一定電圧増減された電圧）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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