(57)【要約】電圧回路（１０）および方法が、回路ノード（１４）を第１所定電圧に充電する。回路ノード（１４）に充電された第１所定電圧は、第１期間中、第１所定機能のために使用される。回路ノード（１４）からの電荷の一部分は、回路ノードに接続された回路素子（２１または１０８または１１６）に対して除去される。電荷の一部分は、第１期間後の第２期間中に再使用される。一つの形態において、電圧生成器（１２）は、回路ノード（１４）が充電されているか、または放電されていることに依存して、１つの方向のみに電流を流すダイオードを構成可能なトランジスタ（４２−４７）を有する。別の形態において、スイッチ（１０６）が基準端子と、電荷再使用のための別の回路（１０８）との間に回路ノードを接続する。電荷の再使用がさらなる電力節約を可能にする。
2012529880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
回路ノードを第１所定電圧に充電すること、
第１期間中、第１所定機能のために前記回路ノードに充電された前記第１所定電圧を用いること、
前記回路ノードから電荷の一部分を除去して、前記回路ノードに接続された回路素子へ移すこと、
前記第１期間に続く第２期間中、前記電荷の一部分を再使用すること
を含む方法。
【請求項２】
チャージポンプ回路を介して前記回路ノードを充電すること、
前記チャージポンプ回路を介して前記回路ノードを電荷源に接続することよって前記電荷の一部分を除去すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記回路ノードを充電する時、第１方向に電流を流すように構成され、前記電荷の一部分を除去する時、前記第１方向とは反対の第２方向に電流を流すように構成された複数の直列に接続されたダイオード構成可能トランジスタを用いることによって、前記回路ノードを充電し、前記電荷の一部分を除去するように前記チャージポンプ回路を構成することをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記回路ノードから電荷の全てよりも少ない電荷を最初に除去することによって、前記回路ノードから前記電荷の一部分を除去すること、
前記回路素子による再使用のために、前記電荷の全てよりも少ない電荷を、前記回路ノードに接続された前記回路素子に結合すること、
続いて、前記回路ノードから前記電荷の残りを除去して、前記回路ノードを第２所定電圧まで放電すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数の位置を有するスイッチを前記回路ノードに接続すること、
前記複数の位置を有するスイッチを介して前記回路ノードから除去された前記電荷の一部分を選択的に受けとるために前記回路を前記スイッチに接続すること
をさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記回路素子として電荷源を備えること、
双方向チャージポンプを介して前記回路ノードを前記電荷源に接続することであって、前記双方向チャージポンプは、該チャージポンプにおける電荷移動の所望の方向に基づいて、ダイオード構成可能トランジスタの電流方向を構成する直列に接続された複数のダイオード構成可能トランジスタを含む、前記電荷源をに接続すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記回路ノードにおける電圧値を検出すること、
検出された電圧を第１所定電圧の値と比較し、前記回路ノードにおける前記電圧値が増加を要することを決定することによって、前記検出することに応答して、クロック発振器を選択的にイネーブルすること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
電圧回路であって、
回路ノードと、
前記回路ノードに格納される電荷を与える電荷源と、
前記回路ノードと前記電荷源との間に接続された電圧生成器と
を備え、
前記電圧生成器は、第１期間中、第１方向に電流を流して、第１所定機能において使用するために前記回路ノードを第１所定電圧に充電し、
前記電圧生成器は、前記第１期間後の第２期間中、前記第１方向と反対の第２方向に電流を流し、前記電荷源による再使用のために前記電荷源に電荷の一部分を結合することによって、前記電荷の一部分を接地へ放電しないことにより最低限の電力損失で、前記回路ノードから前記電荷の一部分を除去する、電圧回路。
【請求項９】
前記電圧生成器に接続され、前記回路ノードが充電されるべきか、または放電されるべきかを示す制御信号を与える制御回路と、
前記回路ノード及び前記制御回路に接続され、前記制御信号に応答して、前記回路ノードにおける電圧を前記第１所定電圧または第２所定電圧と比較する電圧検出器であって、クロックイネーブル信号を与える前記電圧検出器と、
前記電圧生成器及び前記電圧検出器に接続され、前記クロックイネーブル信号に応答して、１つまたは複数のクロック信号を与えるクロック回路であって、前記１つまたは複数のクロック信号が、前記電荷源と前記回路ノードとの間において、前記電圧生成器を介して電荷を移動する、前記クロック回路と
をさらに備える、請求項８記載の電圧回路。
【請求項１０】
前記電圧生成器は、前記制御信号に応答して、ダイオード構成可能トランジスタを切り替え、電流が、前記電圧生成器を介して１つの方向のみに流れることを可能とする、請求項９記載の電圧回路。
【請求項１１】
前記電圧生成器は、さらに、
前記電荷源と前記回路ノードとの間に接続された複数の直列に接続されたトランジスタであって、各々が、ソース、ドレイン、および制御電極を有する、前記複数の直列に接続されたトランジスタと、
前記複数の直列に接続されたトランジスタの各々の制御電極に接続された充電／放電スイッチであって、前記制御信号に応答して、前記制御電極を前記複数の直列に接続されたトランジスタの各々の対応するドレインか、または対応するソースに選択的に接続する前記充電／放電スイッチと
を含む、請求項９記載の電圧回路。
【請求項１２】
前記電圧生成器は、さらに、
前記回路ノードに接続された電圧レベル・シフタ回路であって、前記制御信号を受信する入力と、前記充電／放電スイッチに接続され、前記回路ノードを充電するか、または前記回路ノードを放電するように、前記充電／放電スイッチを構成する出力とを有する前記電圧レベル・シフタ回路を含む、請求項１１記載の電圧回路。
【請求項１３】
前記充電／放電スイッチは、さらに、複数の対の相補的導電型トランジスタを含み、前記複数の対の各々は、直列に接続され、前記複数の直列に接続されたトランジスタのそれぞれの１つのソースおよびドレインと接続され、前記複数の対の各々の間の共通接続部において、前記直列に接続されたトランジスタの制御電極に接続され、各対の１つのトランジスタのみが導電性であり、前記複数の直列に接続されたトランジスタのそれぞれの１つをダイオード構成とする、請求項１１記載の電圧回路。
【請求項１４】
前記電圧生成器に接続され、前記回路ノードが充電されるべきか、または放電されるべきかを示す制御信号を与える制御回路と、
前記回路ノード及び前記制御回路に接続され、前記制御信号に応答して、前記回路ノードにおける電圧を、前記第１所定電圧または第２所定電圧と比較する電圧検出器であって、クロックイネーブル信号を与える、前記電圧検出器と、
前記電圧検出器に接続され、前記クロックイネーブル信号を受信する入力と、前記クロックイネーブル信号に応答して発信クロックを与える出力とを有するクロック発振器と、
前記クロック発振器の出力に接続された入力と、前記電圧生成器に接続され、第１クロック信号を与える第１出力と、前記電圧検出器に接続され、第２クロック信号を与える第２出力とを有するクロック生成器であって、前記第１クロック信号および前記第２クロック信号が、前記電荷源と前記回路ノードとの間において、前記電圧生成器を介して電荷を移動する、前記クロック生成器と
をさらに備える、請求項８記載の電圧回路。
【請求項１５】
前記電圧生成器は、さらに、
前記電荷源と前記回路ノードとの間に接続された複数の直列に接続されたトランジスタであって、各々が、ソース、ドレイン、および制御電極を有する、前記複数の直列に接続されたトランジスタと、
前記複数の直列に接続されたトランジスタの各々の制御電極に接続された充電／放電回路であって、前記制御信号に応答して、前前記複数の直列に接続されたトランジスタの各制御電極を、対応するドレインか、または対応するソースに選択的に接続して、前記電圧生成器を通る電流フロー方向を決定する、前記充電／放電回路と
を含む、請求項１４記載の電圧回路。
【請求項１６】
電圧回路であって、
回路ノードと、
前記回路ノードに接続され、前記回路ノードに格納される電荷を与えるチャージポンプであって、第１期間中、第１所定機能において使用するために前記回路ノードを第１所定電圧に充電する前記チャージポンプと、
前記回路ノードに接続された複数の位置を有するスイッチと、
前記複数の位置を有するスイッチに接続され、所定機能を実装する回路と
を備え、前記回路は、前記第１期間後の第２期間中、前記回路による再使用のために、前記回路ノードから電荷の一部分を受けとり、前記回路が前記回路ノードから電荷の一部分を受けとった後、前記複数の位置を有するスイッチが、前記回路ノードを第２所定電圧まで放電する、電圧回路。
【請求項１７】
前記チャージポンプは、第１期間中、電流を流して前記回路ノードを前記第１所定電圧に充電し、前記複数の位置を有するスイッチは、前記第１所定電圧を接地に放電しないことにより最低限の電力損失で、前記第１期間後の第２期間中、前記回路による再使用のために、前記回路ノードから前記電荷の一部分を除去する、請求項１６記載の電圧回路。
【請求項１８】
前記複数の位置を有するスイッチは、前記所定機能を実装する回路に接続された第１端子と、電気的にフローティングである第２端子と、基準電圧端子に接続された第３端子とをさらに含む、請求項１６記載の電圧回路。
【請求項１９】
前記所定機能を実装する回路は、
再使用のために前記回路ノードから前記電荷の一部分を受けとる固定ノードを有する論理回路を含む、請求項１８記載の電圧回路。
【請求項２０】
前記第１所定電圧は、前記第１所定電圧と接地基準との間の中間である電圧の大きさを有する中間電圧である、請求項１６記載の電圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して半導体に関するものであり、さらに詳しくは半導体に用いられる電圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、典型的にチャージポンプ回路を用いて、供給電圧を実際の供給電圧値より大きな値にブーストする。チャージポンプは、集積回路において実装することができるので、ブースト供給を生成するのに有利である。この機能を達成する多くの異なるタイプのチャージポンプ回路が説明される。フラッシュメモリのようなメモリ回路において、回路ノードは上昇された電圧に充電される。回路ノードは後に放電される。回路ノードを放電するために、トランジスタまたは電流源は回路ノードに接続されて、接地電圧電位に接続される。電荷移動の結果、電流フローが生じて、トランジスタまたは電流源を介してブーストされた電位が放電される。電流フローは接地端子に放電され、電荷の全ては散逸された電力として失われる。集積回路が高容量ノードを含む場合、結果として生じる電力損失はかなりの量である。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本発明にしたがって、回路ノードを充電および放電するための回路のブロック図である。
【図２】図１の回路に使用された充電および放電電圧生成器の一実施形態の概略図である。
【図３】電荷使用および電荷再使用動作の間における、回路ノードの典型的な電圧変動のタイミング図である。
【図４】充電および放電動作の間における、回路ノードの既知の電圧変動のタイミング図である。
【図５】部分的放電および後続の放電段階の間における、回路ノードの典型的な電圧変動のタイミング図である。
【図６】２つの個別放電段階に回路ノードを放電するための電圧回路の第１実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
本発明は、例示の方法で説明されるものであり、添付の図面に限定されない。図面において、同様の符号は類似の要素を示す。図中の要素は、簡潔性および明確性のために示されており、必ずしも原寸に比例していない。
【０００５】
図１は、電力効率の良い方法で回路ノード１４を充電および放電する回路１０を示す。回路１０は、回路ノード１４に存在する電荷の一部分を節約して回路ノード１４の電荷を再使用することによって、回路ノード１４の充電および放電を達成する。クロック発振器１８は、「オン／オフ」信号を受信するためのイネーブル入力を有する。クロック発振器１８は、クロック生成器２０の入力に接続された出力を有する。クロック発振器１８およびクロック生成器２０は、集合的にクロック回路素子として考えられてもよく、単一回路部分または図示されるように別個の回路として実装されてもよい。クロック生成器２０の第１出力が、「ＣＬＫ１」と示される第１クロック信号を、充電および放電電圧生成器１２の第１入力に与え、クロック生成器２０の第２入力が、「ＣＬＫ２」と示される第２クロック信号を、充電および放電電圧生成器１２の第２入力に与える。充電および放電電圧生成器１２は、チャージポンプ回路として機能する。充電および放電電圧生成器１２の入力／出力端子は電荷源２１の入力／出力端子に接続される。１つの形態において、電荷源がＶＤＤと示される供給電圧を与える。充電および放電電圧生成器１２の出力は回路ノード１４に接続されている。回路ノード１４は、例えば、プリント回路板またはカードのノードのような、集積回路内または回路システム内の所定のノードである。電圧検出器１６の第１入力は回路ノード１４に接続されている。電圧検出器１６の第２入力が、供給電圧ＶＤＤのような第１電圧を受ける。電圧検出器１６の第３入力が、ＶＤＤを基準とする負電圧（−Ｖ）のような第２電圧を受ける。電圧検出器１６の出力が「オン／オフ」信号を与え、クロック発振器１８のイネーブル入力に接続されている。制御回路２２が、「アップ／ダウン」信号を与えるための出力を有する。制御回路２２の出力は充電および放電電圧生成器１２の第３入力および電圧検出器１６の第４入力に接続されている。
【０００６】
動作において、充電および放電電圧生成器１２はそれぞれ、回路ノード１４を所定電圧に充電し、回路ノード１４を所定電圧から放電して電荷を電荷源２１に戻しながら、電荷源２１が充電および放電電圧生成器１２に電荷を双方向に供給およびシンクする。本明細書において用いられるような「電荷」という用語は、回路ノードまたは格納デバイスにおける正または負の所望電圧の配置を意味するものと理解される。「放電」という用語は、回路ノードまたは格納デバイスにおける正または負の所望電圧の除去を意味するものと理解される。回路ノード１４に接続された電圧検出器１６が回路ノード１４における電圧電位をモニタする。図示されていない回路素子が回路ノード１４をいつ充電または放電するかを決定する。また、回路ノード１４に維持される印加電圧を利用するために図示されていない回路素子は回路ノード１４に接続されている。１つの形態において、回路ノード１４はフラッシュメモリのプログラミングノードである。しかしながら、回路ノードに格納された電荷の他の応用は容易に実装され得る。回路１０が、回路ノード１４が−Ｖのような所定電圧に充電される動作モードにある時、制御回路２２が、回路ノード１４の電圧を所定電圧に低下することを示す形態のアップ／ダウン信号を与える。電圧検出器１６が、回路ノード１４における実際の電圧を電圧検出器１６が受け取る−Ｖと比較する。電圧検出器１６が回路ノード１４における電圧が−Ｖより大きいことを検出する場合、電圧検出器１６がクロック発振器１８のイネーブル入力に「オン／オフ」信号を与える。クロック発振器１８がクロック信号をクロック生成器２０に与える。クロック生成器２０が、クロック発振器１８のクロック信号を使用し、以下に記載されるように充電および放電電圧生成器１２によって使用される位相関係にある２つのクロック信号ＣＬＫ１およびＣＬＫ２を与えて、回路ノード１４が電荷源２１によって当初の電圧（ＶＤＤ）に充電されることを可能にする。電荷源２１（ＶＤＤ）が電荷源２１（ＶＤＤ）から電荷を充電および放電電圧生成器１２に供給して回路ノード１４を−Ｖに充電し、回路ノード１４が再びＶＤＤに充電される時、充電および放電電圧生成器１２を介して回路ノード１４からの電荷を電荷源２１に戻すことを選択的に可能にする。回路１０が、回路ノード１４を（−Ｖ）のような所定電圧に放電することを必要とする動作モードにある場合、制御回路２２が、回路ノード１４における電圧を下がることを示すアップ／ダウン信号のエンコードされた値を与える。そのアップ／ダウン信号に応答して、電圧検出器１６が、クロック発振器１８をイネーブルするオン／オフ信号のエンコードされた値を与える。回路ノード１４がターゲット電圧（−Ｖ）を達成すると電圧検出器１６が決定する時、クロック発振器１８がオフにされて、ＣＬＫ１およびＣＬＫ２信号を与えないことによって充電および放電電圧生成器１２をディセーブルする。ＣＬＫ１およびＣＬＫ２信号が生成されないことは、回路ノード１４を充電も放電もしないという効果がある。回路ノード１４を再び当初の電圧（ＶＤＤ）に充電する時、回路１０は同様の方法で、しかしノード１４における電圧が上がることを示すようにエンコードされたアップ／ダウン信号を用いて動作し、電圧検出器１６がクロック発振器１８をイネーブルするオン／オフ信号を与える。ノード１４の電圧が当初の電圧（ＶＤＤ）に届く時、電圧検出器１６が、クロック発振器１８をディセーブルするようにオン／オフ信号をエンコードする。電力を節約するために回路ノード１４の電荷がどのように再使用されるかに対する充電および放電電圧生成器１２の動作は、図２に関連しさらに理解されるであろう。
【０００７】
図２は、回路ノード１４および電荷源１２に接続された図１の充電および放電電圧生成器１２の典型的な実施形態を示す。電荷源２１はノード４１に双方向に接続されている。ダイオード構成可能Ｐチャネルトランジスタ４２は、ノード４１で電荷源２１に接続されたソースと、ゲートと、ノード６８に接続されたドレインとを有する。ダイオード構成可能Ｐチャネルトランジスタ４３は、ノード６８に接続されたソースと、ゲートと、ノード８３に接続されたドレインとを有する。ダイオード構成可能Ｐチャネルトランジスタ４４は、ノード８３に接続されたソースと、ゲートと、回路ノード１４に接続されたドレインとを有する。ダイオード構成可能Ｐチャネルトランジスタ４５は、ノード４１で電荷源２１に接続されたソースと、ゲートと、ノード６８に接続されたドレインとを有する。ダイオード構成可能Ｐチャネルトランジスタ４６は、ノード６８に接続されたソースと、ゲートと、ノード８３に接続されたドレインとを有する。ダイオード構成可能Ｐチャネルトランジスタ４７は、ノード８３に接続されたソースと、ゲートと、回路ノード１４に接続されたドレインとを有する。ダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７のゲートは、充電／放電回路４０に接続されている。充電／放電回路４０は、ノード４１に接続されたドレインと、ゲートと、ノード８４でトランジスタ４２のゲートに接続されたソースとを有するＮチャネルトランジスタ５０を有する。Ｐチャネルトランジスタ５１は、ノード８５でトランジスタ４２のゲートに接続されたソースと、ゲートと、ノード６８に接続されたドレインとを有する。Ｎチャネルトランジスタ５２は、ノード６８に接続されたドレインと、ゲートと、ノード６９でトランジスタ４３のゲートに接続されたソースとを有する。Ｐチャネルトランジスタ５３は、トランジスタ４３のゲートおよびトランジスタ５２のソースに接続されたソースと、ゲートと、ノード８３に接続されたドレインとを有する。Ｎチャネルトランジスタ５４は、ノード８３に接続されたドレインと、ゲートと、ノード７１でトランジスタ４４のゲートに接続されたソースとを有する。Ｐチャネルトランジスタ５５は、トランジスタ５４のソースおよびトランジスタ４４のゲートに接続されたソースを有する。トランジスタ５５は、ゲートを有する。トランジスタ５５のドレインは回路ノード１４に接続されている。Ｎチャネルトランジスタ５６は、ノード４１に接続されたドレインと、ゲートと、ノード６３でトランジスタ４５のゲートに接続されたソースとを有する。Ｐチャネルトランジスタ５７は、ノード６３でトランジスタ４５のゲートに接続されたソースと、ゲートと、ノード６８に接続されたドレインとを有する。Ｎチャネルトランジスタ５８は、ノード６８に接続されたドレインと、ゲートと、ノード６５でトランジスタ４６のゲートに接続されたソースとを有する。Ｐチャネルトランジスタ５９は、トランジスタ４６のゲートおよびトランジスタ５８のソースに接続されたソースと、ゲートと、ノード８３に接続されたドレインとを有する。Ｎチャネルトランジスタ６０は、ノード８３に接続されたドレインと、ゲートと、ノード６７でトランジスタ４７のゲートに接続されたソースとを有する。Ｐチャネルトランジスタ６１は、トランジスタ６０のソースおよびトランジスタ４７のゲートに接続されたソースを有する。トランジスタ６１は、ゲートを有する。トランジスタ６１のドレインは、回路ノード１４に接続されている。充電／放電回路４０内のトランジスタ５０〜６１の各々のゲートは、ノード６６で共に接続されている。キャパシタ７０の第１電極は、クロック生成器２０によって与えられる第１クロック信号ＣＬＫ１に接続される。キャパシタ７０の第２電極はノード６８に接続されている。キャパシタ７２の第１電極は、クロック生成器２０によって与えられる第２クロック信号ＣＬＫ２に接続される。キャパシタ７２の第２電極はノード８３に接続されている。キャパシタ７４の第１電極は第２クロック信号ＣＬＫ２に接続される。キャパシタ７４の第２電極はノード６８に接続されている。キャパシタ７６の第１電極は第１クロック信号ＣＬＫ１に接続される。キャパシタ７６の第２電極はノード８３に接続されている。
【０００８】
電荷源２１と回路ノード１４との間に接続されるのは、電圧レベル・シフタ回路７８である。電圧レベル・シフタ回路７８は、ノード４１に接続されたソースと、ゲートと、充電／放電回路４０のノード６６に接続されたドレインとを有するＰチャネルトランジスタ８０を有する。インバータ８２の入力は、図１の制御回路２２によって与えられる「アップ／ダウン」信号を受信するように接続されている。インバータ８２の出力は、トランジスタ８０のゲートに接続されている。Ｐチャネルトランジスタ８４は、ノード４１でトランジスタ８０のソースに接続されるソースと、「アップ／ダウン」信号を受信するゲートと、ドレインとを有する。Ｎチャネルトランジスタ８６は、トランジスタ８０のドレインに接続されたドレインと、トランジスタ８４のドレインおよびトランジスタ８８のドレインに接続されたゲートと、回路ノード１４に接続されたソースとを有する。Ｎチャネルトランジスタ８８は、トランジスタ８４のドレインに接続されたドレインと、トランジスタ８０のドレインおよびトランジスタ８６のドレインに接続されたゲートと、回路ノード１４に接続されたソースとを有する。
【０００９】
動作において、電圧レベル・シフタ回路７８によって与えられたノード６６における電圧に応答して、充電／放電回路４０が、ダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７の各々を、ダイオードを構成するトランジスタとして選択的に接続する。ノード６６における電圧が論理ハイまたは論理ロー値であるかに依存して、ダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７の各々のゲートが、そのソースに接続されるか、またはドレインに接続されるかを決定する。例えば、電圧レベル・シフタ回路７８がノード６６に論理ハイ値を与える場合、トランジスタ５０は導電性であり、トランジスタ５１は非導電性であり、ダイオード構成可能トランジスタ４２のソースおよびゲートを共に接続する。残りのトランジスタ４３〜４７の各々は同様に構成される。この構成において、電荷は、ダイオード構成可能トランジスタ４４、４３、４２を介して、およびダイオード構成可能トランジスタ４７、４６、４５を介して、回路ノード１４から電荷源２１へのみ、移動が可能とされる。従って、電荷源２１から回路ノード１４へのいかなる電荷移動も、ダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７のダイオード動作によって阻止される。同様に、電圧レベル・シフタ回路７８がノード６６に論理ロー値を与える場合、トランジスタ５０は非導電性であり、トランジスタ５１は導電性であり、ダイオード構成可能トランジスタ４２のドレインおよびゲートを共に接続する。残りのダイオード構成可能トランジスタ４３〜４７の各々は同様に構成される。この構成において、電荷は、ダイオード構成可能トランジスタ４２、４３、４４を介して、およびダイオード構成可能トランジスタ４５、４６、４７を介して、電荷源２１から回路ノード１４へのみ、移動可能とされる。回路ノード１４から電荷源２１へのいかなる電荷フローも、ダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７のダイオード動作によって阻止される。
【００１０】
ノード６６における電圧の論理値は、図１の制御回路２２によって与えられたアップ／ダウン信号の値に応答して電圧レベル・シフタ７８によって決定される。回路ノード１４がＶＤＤに充電される必要があると決定される場合、アップ／ダウン信号の実効的論理値は、トランジスタ８０を非導電性にし、トランジスタ８４を導電性にする論理ロー信号である。トランジスタ８４が導電性である時、トランジスタ８６は導電性であり、トランジスタ８８は非導電性である。このバイアス条件がノード６６を論理ロー値にし、該論理ロー値が、ダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７を、電荷源２１から回路ノード１４へ電流を伝えることのみができるように構成する。ＣＬＫ１およびＣＬＫ２信号は相補的な位相のクロック信号である。上述のように、回路ノード４１がＶＤＤに放電される場合、ノード６６はローである。ＣＬＫ１が論理ローであり、ＣＬＫ２が論理ハイであるクロック位相の間、キャパシタ７０および７６は、それぞれダイオード構成可能トランジスタ４２および４７からの電荷で初期化される。この位相の間、キャパシタ７２およびキャパシタ７４からの電荷が、回路ノード４１の方向に、それぞれダイオード構成可能トランジスタ４３および４５を介して移動する。クロック信号が位相を変化する時、キャパシタ７２および７４は、それぞれダイオード構成可能トランジスタ４４および４６を介して充電され、キャパシタ７０および７６はそれぞれダイオード構成可能トランジスタ４２および４６を介して放電される。クロックの周期が繰り返し続けられると、回路ノード４１における電荷がダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７を介してＶＤＤの方向に移動する。
【００１１】
回路ノード１４が負電圧に充電される必要があると決定される場合、アップ／ダウン信号の実効論理値は論理ハイ信号であり、該論理ハイ信号は、トランジスタ８０を導電性にし、トランジスタ８４を非導電性にする。トランジスタ８４が非導電性である場合、トランジスタ８６は非導電性であり、トランジスタ８８は導電性である。このバイアス条件がノード６６を論理ハイ値にし、該論理ハイ値が、ダイオード構成可能トランジスタ４２〜４７を、回路ノード１４から電荷源２１へ電流を伝えることのみができるように構成する。ＣＬＫ１およびＣＬＫ２クロック信号の周期が繰り返されると（すなわち、発振すると）、キャパシタ７０、７２、７４、および７６が上述のように充電および放電し、ここで、回路ノード４１における電荷が充電および放電電圧生成器１２を介してＶＤＤに向かって移動してノード４１における電圧が下がるようにする。
【００１２】
図３に示されるのは、回路１０の動作が起こる最中の時間の関数としてプロットされた回路ノード１４の電圧の典型的グラフである。概して、このグラフは、電荷使用部分および電力が有意に節約される電荷再使用部分の両方を示す。回路１４は、時間ｔ０から時間ｔ１まで、ＶＤＤ電圧電位に初期的に充電されると仮定する。回路ノード１４の状態は、この電圧電位において静止状態である。回路１０を用いるシステム内において、決定は回路素子（図示せず）により行なわれ、回路ノード１４を（−Ｖ）の電圧まで放電する。上述のように、（−Ｖ）電圧は任意の所定電圧であってよく、正または負または隔離された接地電位であってもよい。回路ノード１４は、ｔ１からｔ２の時間期間に（−Ｖ）まで放電され、この期間において、電荷移動が最小電力損失で起こる。この放電は、電荷を回路ノード１４から電荷源２１に戻すことによって起こる。時間ｔ２から時間ｔ３まで、回路ノード１４における電圧（−Ｖ）は、使用段階において回路素子（図示せず）によって使用される。時間ｔ３から時間ｔ４まで、回路ノード１４は、電荷戻し段階においてＶＤＤに戻される。時間ｔ４から時間ｔ５までずっと、回路ノード１４は静止状態である。時間ｔ５で、静止状態が終了し、回路ノード１４の電荷移動段階は、回路ノード１４を時間ｔ６まで（−Ｖ）に充電することによって起こる。ｔ５とｔ６との間の時間において、ｔ１からｔ４までの間の統合されたサイクルからの電荷からのかなりの部分が再使用される。時間ｔ６と時間ｔ７との間において、使用段階が生じ、この間に、回路ノード１４の電圧（−Ｖ）が回路素子（図示せず）によって使用される。時間ｔ７から時間ｔ８まで、回路ノード１４からの電荷は、未来のサイクルに再使用されるために最小電力損失で電荷源２１（ＶＤＤ）に戻される。これにより、回路ノード１４はＶＤＤに放電される。時間ｔ８において、回路ノード１４の電圧はＶＤＤであり、回路１０の静止状態が再開する。充電および放電電圧生成器１２は図２示すような形態以外の形態で実装することができる。例えば、いくつかの応用において、トランジスタ４２〜４７の各々を亘って存在する電圧降下のような、ダイオード電圧降下の非効率性を有することなく機能する、充電および放電生成器が望ましい可能性がある。このような代替えの実装において、より多くのクロック回路素子を要する設計が使用されてもよい。しかしながら、追加的クロック回路素子がより大きい回路面積を使用し、したがって、追加的面積の使用対電力使用の間の設計トレードオフが存在する。図２示された実施形態において、本明細書で説明された電荷の再使用により、回路動作において有意な電力節約が達成されるが、ある程度の電力損失が、ダイオード電圧降下に関連して存在する。
【００１３】
図３との比較のために、図４に、通常実装されるようなブーストされた電圧への回路ノードの充電および放電の図式的なタイムラインが示されている。回路ノードが、時間ｔ０から時間ｔ１まで接地ゼロ電圧であるとする。回路ノードは静止状態である。時間ｔ１で回路ノードの電圧は、充電段階の間、Ｖブーストの電位までブーストされ、時間ｔ２においてその電圧に達する。時間ｔ２から時間ｔ３までの使用段階の間、Ｖブーストの電圧が使用される。時間ｔ３と時間ｔ４との間で、回路ノードは電力消費抵抗性回路素子を介して放電される。時間ｔ４において、回路ノードの電圧がゼロボルトに戻る。回路ノードの従来の充電および放電は電力の浪費である。放電された電荷は再使用されない。
【００１４】
図５は、回路ノードの充電および放電の別の実施形態のグラフを示し、ここで、放電された電位の一部分が再使用される。この形態において、時間ｔ０とｔ１との間、回路ノードはゼロボルト電位であり、静止状態であるとする。時間ｔ１と時間ｔ２との間において、充電段階が起こる。回路ノードの電圧は、ゼロボルトからＶブーストの所定電圧電位に充電される。回路ノードにおけるブーストされた電圧は、時間ｔ２と時間ｔ３との間の電荷使用段階で使用される。時間ｔ３と時間ｔ４との間に、回路ノードの中間電圧Ｖ中間への部分放電が行なわれ、ここで、ＶブーストとＶ中間との間の電圧の差を表す電荷は、回路１０８による再使用のために別の回路ノードに移動される。時間ｔ４から時間ｔ５までの期間は、電荷再使用段階であり、ここで、Ｖ中間電圧を維持するように移動された電荷が再使用される。電荷がＶブーストからＶ中間になるまで移動した後、放電段階は時間ｔ５と時間ｔ６との間に完了し、ここで、回路ノードＶブーストは接地またはゼロボルトまで放電される。
【００１５】
図６は、図５において表された電圧機能を実装するための電圧回路の第１実施形態を示す。電圧回路１００が、ノードを放電し、２つの段階で放電することによって電荷を再使用するために備えられる。チャージポンプ１０２は、供給電圧のような所定電圧を超えて上昇された、ブーストされた電圧Ｖブーストを与えるための出力端子を有する。チャージポンプ１０２の出力は、回路ノード１０４に接続される。３端子スイッチ１０６は、回路ノード１０４に接続される。スイッチ１０６の第１端子は回路１０８に接続され、回路ノード１０４から回路１０８内ノードに電荷を移動する。スイッチ１０６の第２端子は接続されていない。スイッチ１０６の第３端子は、接地基準電圧端子か、または回路ノード１０４を放電するのに望ましい電圧電位を表す他の電圧端子に接続される。スイッチ１０６が第２端子に接続される場合、回路ノード１０４は、回路１０８か、または接地基準電圧端子に接続されない。
【００１６】
動作において、電圧回路１００がチャージポンプ１０２を使用して、回路ノード１０４をブーストされた電圧Ｖブーストに充電する。回路ノード１０４が充電される間、スイッチ１０６は、電気的に電位がフローティングである第２位置に接続される。回路ノード１０４は、例えば、メモリセルをプログラムするために高電圧であるメモリ回路のノードであってよい。ある時点で、回路ノード１０４は放電されなければならない。回路ノード１０４を接地に放電して格納された電力を失うよりはむしろ、図５記載された電位差Ｖブースト−Ｖ中間に関連する電荷の部分は、スイッチ１０６を第１位置に切り換えることによって回路１０８に接続される。これにより、電荷の一部分は回路１０８による再使用のために利用可能である。回路１０８は、種々のタイプの回路のいずれか一つとして実装される。例えば、回路１０８は、Ｖ中間電圧を格納する固定ノードを有する論理回路であってよい。Ｖブースト−Ｖ中間電圧に関連する電荷が回路ノード１０４から回路ノード１０８に転送された後、回路ノード１０４における残りの電荷は、スイッチ１０６を第３スイッチ位置に切り換えることによって放電される。スイッチ１０６の第３スイッチ位置は、回路ノード１０４を接地電位に接続して、回路ノード１０４の放電を完了させる。したがって、電圧回路１００は、回路ノード１０４に配置された電荷のかなりの部分を再使用する。チャージポンプ１０２は任意の様々な既知のチャージポンプ回路構成を用いて実装され得ることが理解されるべきである。
【００１７】
以上、回路ノードを充電し、後の再使用のために電荷の少なくとも一部分を放電して電力を節約するための電圧回路が提供されたことが理解されよう。１つの形態において、チャージポンプが使用され、このチャージポンプは、抵抗性回路素子を介して電荷を接地に放電するよりもむしろ、電荷を移動するので、電力効率性を有する。１つの形態において、再使用された電荷は電源のような電荷源に移動される。その形態において、再使用された電荷の実質的にすべてが、電荷源に移動される。別の形態において、再使用された電荷は、別個の回路の別の回路ノードに移動される。その形態において、当初の電荷のすべてよりも少ない電荷が別個の回路によって再使用される。１つの形態において、チャージポンプは、電荷を回路ノードに移動し、再び電荷を後の再使用のために移動するために使用される。チャージポンプの極性は双方向であり、トランジスタスイッチを用いて、１つの方向のみに電流を伝えるダイオードとして直列に接続されたトランジスタを再構成することにより反転される。電荷フローの方向に依存して、充電／放電回路４０が、直列に接続されたトランジスタをどのようなダイオード構成とするかを決定する。チャージポンプ内のキャパシタは、２つの相補的位相クロック信号によりクロックされ、有意な電力損失を起こすことなく、チャージポンプを介して電荷を効率的に移動する。したがって、本明細書に記載された電圧回路は非常に電力効率が高い。
【００１８】
１つの形態において、回路ノードを第１所定電圧に充電する方法が提供される。回路ノードに充電される第１所定電圧は、第１期間中、第１所定機能のために使用される。電荷の一部分は、回路ノードから、回路ノードに接続された回路素子に除去される。電荷の一部分は、第１期間後の第２期間中に再使用される。別の形態において、回路ノードはチャージポンプを介して充電される。電荷の部分は、チャージポンプ回路を介して回路ノードを電荷源に接続することによって除去される。別の形態において、チャージポンプ回路は回路ノードを充電するように構成される。電荷の一部分は、回路ノードを充電する時に第１方向に電流を流すように構成され、電荷の部分を除去する時に第１方向とは反対の第２方向に電流を流すように構成された、複数の直列に接続されたダイオード構成可能トランジスタを用いて除去される。別の形態において、電荷の一部分は、電荷のすべてより少ないを回路ノードから初期的に除去することによって、回路ノードから除去される。電荷のすべてより少ない電荷は、回路素子による再使用のために、回路ノードに接続された回路素子に結合される。回路ノードからの残りの電荷は、後に除去され、回路ノードを第２所定電圧まで放電する。また別の形態において、複数の位置を有するスイッチは回路ノードに接続される。回路素子はスイッチに接続され、複数の位置を有するスイッチを介して回路ノードから除去される電荷の一部分を選択的に受けとる。別の形態において、電荷源は回路素子として提供される。電荷源は、チャージポンプにおける電荷移動の所望の方向に基づいて、ダイオード構成可能トランジスタの電流方向を構成する、直列に接続されたダイオード構成可能トランジスタを含む双方向チャージポンプを介して回路ノードに接続される。別の形態において、電圧値は回路ノードで検出される。クロック発振器は、検出された電圧を第１所定電圧値と比較し、回路ノードにおける電圧値が増加を要することを決定することによって、該検出に応答して選択的にイネーブルされる。クロック発振器はチャージポンプ回路を動作させるために使用される。回路ノードはチャージポンプ回路を介して充電される。
【００１９】
別の形態において、回路ノード、および回路ノードに格納される電荷を与える電荷源を有する電圧回路が提供される。電圧生成器は回路ノードと電荷源との間に接続される。電圧生成器は、第１期間中、第１方向に電流を流し、第１所定機能において使用するために、回路ノードを第１所定電圧に充電する。電圧生成器が、第１方向と反対の第２方向に電流を流すことによって、回路ノードから電荷の一部分を除去し、電荷の一部分を接地に放電しないことから最低限の電力損失で、第１期間の後の第２期間中、電荷源による再使用のためにその部分を電荷源に結合する。１つの形態において、制御回路は、電圧生成器に接続され、回路ノードが充電されるべきか、または放電されるべきかを示す制御信号を与える。電圧検出器は、回路ノード及び制御回路に接続され、制御信号に応答して回路ノードにおける電圧を第１所定電圧または第２所定電圧と比較し、電圧検出器はクロックイネーブル信号を与える。クロック回路素子は、電圧生成器と、クロックイネーブル信号に応答して１つまたは複数のクロック信号を与える電圧検出器とに接続される。１つまたは複数のクロック信号が電荷源と回路ノードとの間に電圧生成器を介して電荷を移動する。別の形態において、電圧生成器は、制御信号に応答して、ダイオード構成可能トランジスタを切り換え、電流が、電圧生成器を介して１つの方向のみに流れることを可能とする。別の形態において、電圧生成器が、電荷源と回路ノードとの間に接続された複数の直列に接続されたトランジスタを有し、複数の直列に接続されたトランジスタの各々が、ソース、ドレイン、および制御電極を有する。充電／放電スイッチは、直列に接続されたトランジスタの各々の制御電極に接続される。充電／放電スイッチは、制御信号に応答して、制御電極を、直列に接続されたトランジスタの各々の対応するドレインか、または対応するソースに選択的に接続する。別の形態において、電圧生成器が、回路ノードに接続された電圧レベル・シフタ回路を有する。電圧レベル・シフタ回路は、制御信号を受信する入力と、充電／放電回路に接続され、回路ノードを充電するか、または放電するように充電／放電回路を構成する出力とを有する。１つの形態において、充電／放電回路が複数の対の相補的導電性トランジスタを有し、各対は直列に接続され、複数の直列に接続されたトランジスタのそれぞれの１つのソース及びドレインに接続され、各対の間の共通接続部におけるそれの制御電極に接続され、ここで、各対の１つのトランジスタのみが導電性であり、複数の直列に接続されたトランジスタのそれぞれの１つをダイオード構成とする。別の形態において、制御回路は電圧生成器に接続され、回路ノードが充電されるべきか、または放電されるべきかを示す制御信号を与える。電圧検出器は回路ノードと制御回路とに接続され、制御信号に応答して、回路ノードにおける電圧を第１所定電圧か、または第２所定電圧と比較する。電圧検出器がクロックイネーブル信号を与える。クロック発振器は、電圧検出器に接続され、クロックイネーブル信号を受信する入力と、クロックイネーブル信号に応答して発信しているクロックを与える出力とを有する。クロック生成器が、クロック発振器の入力に接続された入力と、電圧生成器に接続され、第１クロック信号を与える第１出力と、電圧検出器に接続され、第２クロック信号を与える第２出力とを有する。第１クロック信号および第２クロック信号が、電圧生成器を介して、電荷源と回路ノードとの間に電荷を移動する。別の形態において、電圧生成器が、電荷源と回路ノードとの間に接続された複数の直列に接続されたトランジスタを有し、その各々がソース、ドレイン、および制御電極を有する。充電／放電回路は、複数の直列に接続されたトランジスタの各々の制御電極に接続される。充電／放電回路は、制御信号に応答して、直列に接続されたトランジスタの各制御電極を対応するドレインか、または対応するソースに選択的に接続し、電圧生成器を通る電流フロー方向を決定する。
【００２０】
別の形態において、回路ノードと、回路ノードに接続されたチャージポンプとを有する電圧回路が提供される。第１チャージポンプが、回路ノードに格納される電荷を供給する。第１チャージポンプが、第１期間中、第１所定機能で使用するために、回路ノードを第１所定電圧に充電する。複数の位置を有するスイッチは、回路ノードに接続される。所定機能を実装する回路は、複数の位置を有するスイッチに接続される。回路は、第１期間後の第２期間中、回路による再使用のために、回路ノードから電荷の一部分を受けとる。複数の位置を有するスイッチは、回路が回路ノードから電荷の一部分を受けとった後、回路ノードを第２所定電圧まで放電する。別の形態において、チャージポンプは、第１期間中、電流を流して、回路ノードに第１所定電圧を充電する。複数の位置を有するスイッチは、第１所定電圧を接地に放電しないことによる最低限の電力損失で、第１期間に続く第２期間中、回路による再使用のために、回路ノードから電荷の一部分を除去する。別の形態において、複数の位置を有するスイッチが、所定機能を実装する回路に接続された第１端子と、電気的にフローティングである第２端子と、基準電圧端子に接続された第３端子とをさらに有する。別のさらなる形態において、所定機能を実装する回路は、再使用のために回路ノードから電荷の一部分を受ける固定ノードを有する論理回路である。また、別のさらなる形態において、第１所定電圧は、第１所定電圧と接地基準の中間の電圧大きさを有する中間電圧である。
【００２１】
本発明は、電位の特定導電タイプまたは極性に対して説明されてきたが、当業者は導電タイプ及び電位の極性を逆にし得ることを理解するであろう。さらに、明細書及び特許請求の範囲において、「前方」、「後方」、「上方」、「下方」、「上に」、「下に」など用語は、もしあるとすれば、説明の目的で用いられており、必ずしも恒久的な相対関係を説明するためのものではない。これらのそのように用いられた用語は、適切な状況下においては交換可能であり、本明細書において説明される発明の実施形態は、例えば、明細書において図示または説明されたもの以外の位置づけによる動作が可能である。
【００２２】
前述の詳細な説明は、具体的な例示の実施の形態を参照しながら本発明を説明するものである。しかし、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更が加えられ得る。例えば、電荷を格納する回路ノードは種々のタイプのトランジスタメモリ格納セル回路、およびフラッシュ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、およびＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）のような種々のタイプのメモリとして実装され得る。デジタル論理機能を実装する様々な論理回路または論理ゲートは、回路１０８および回路１１６の記載された機能を実行するように実装され得る。スイッチ１０６およびスイッチ１１３は、これに制限されないが、トランジスタを使用する任意のタイプのスイッチを含む、任意の種々の異なるスイッチ回路を用いて実装されてもよい。電圧回路１０９において、すべてまたはいくつかの図示されたチャージポンプは、時間共有された同一チャージポンプ回路素子を用いて実装されてもよい。詳細な説明及び添付図面は限定するものではなく、単に例と見なされるべきであり、そのような修正又は変更は、すべて本明細書で説明され定義された本発明の範囲内に入るものとする。具体的な実施例に関して説明された、利益、他の利点、及び問題の解決方法は、全ての請求項又は何れかの請求項において重要とされ、要求され、不可欠とされる機能や構成要素であると見なされるべきではない。
【００２３】
特に明記しない限り、「第１」及び「第２」等の用語は、そのような用語が述べる要素間を任意に区別するために用いる。従って、これらの用語は、必ずしもそのような要素の時間的な又は他の優先順位付けを示そうとするものではない。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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