(57)【要約】  入力端子（５）及び出力端子（１０）の間には、第１及び第２のトランジスタ（ＰＭＯＳ５，ＰＭＯＳ６）が直列接続される。第２のトランジスタ（ＰＭＯＳ６）のバックゲート及びソースの間には、第３のトランジスタ（ＰＭＯＳ１３）が接続される。出力電圧（ＶＯＵＴ）の低下時にオフされる第３のトランジスタ（ＰＭＯＳ１３）の寄生ダイオード（Ｄ２３）の極性は、第２のトランジスタ（ＰＭＯＳ６）の寄生ダイオード（Ｄ１０）とは逆である。スイッチ駆動回路（２１）は、出力電圧（ＶＯＵＴ）の低下時には、出力電圧（ＶＯＵＴ）に代えて入力電圧（ＶＩＮ）を第２のトランジスタ（ＰＭＯＳ６）のゲートへ出力する。
2020136820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を昇圧した出力電圧を発生するチャージポンプ回路であって、
前記入力電圧が入力される入力端子と、
前記出力電圧を出力する出力端子と、
前記入力端子及び前記出力端子の間に直列に接続され、複数のスイッチ素子をそれぞれ構成する複数の第１のＰ型トランジスタと、
互いに相補の第１及び第２のクロックの一方のクロックに従って、前記複数の第１のＰ型トランジスタの各々の制御電極に対して基準電圧及び前記出力電圧の一方を選択的に出力して、前記複数のスイッチ素子のオンオフをそれぞれ制御する複数のスイッチ駆動回路と、
前記複数のスイッチ素子のうちの隣接する２個のスイッチ素子の接続点に接続された第１の端子を有するキャパシタと、
前記第１又は第２のクロックに従って、前記キャパシタの第２の端子に、基準電圧及び前記入力電圧の一方を選択的に出力する電圧選択回路と、
前記複数の第１のＰ型トランジスタのうちの少なくとも１つの第１のＰ型トランジスタにおけるバックゲートと、当該第１のＰ型トランジスタの２個の主電極のうちの前記出力端子側の主電極との間に接続されたバックゲート切断スイッチ素子と、
前記出力電圧の低下時に前記バックゲート切断スイッチ素子をオンからオフに変化させるバックゲート切断スイッチ駆動回路とを備え、
前記バックゲート切断スイッチ素子を構成する第２のＰ型トランジスタは、
前記第１のＰ型トランジスタにおける前記バックゲートと接続される第１の主電極と、
前記第１のＰ型トランジスタの前記出力端子側の主電極と接続された第２の主電極とを有し、
前記第２のＰ型トランジスタにおけるバックゲートは、前記第１の主電極と接続され、
前記複数のスイッチ駆動回路のうちの、前記バックゲート切断スイッチ素子が接続された前記少なくとも第１のＰ型トランジスタに対応する、少なくとも１つの第１のスイッチ駆動回路は、前記出力電圧が低下したときに、前記出力電圧に代えて前記入力電圧を当該第１のＰ型トランジスタにおける制御電極に対して選択的に出力する、チャージポンプ回路。
【請求項２】
前記第１のスイッチ駆動回路は、
電源ノードと前記基準電圧を伝達する基準電圧ノードとの間に接続されて、前記第１又は第２のクロックに応じて、対応するスイッチ素子を構成する前記第１のＰ型トランジスタの制御電極と接続される出力ノードに対して、前記電源ノード及び前記基準電圧ノードの一方を選択的に接続する信号伝達回路と、
前記電源ノードと、前記入力端子及び前記出力端子との間に接続されて、前記出力電圧の低下時には前記入力端子と前記電源ノードとを接続する一方で、前記出力電圧の非低下時には前記出力端子と前記電源ノードとを接続する電圧切換回路とを含む、請求項１記載のチャージポンプ回路。
【請求項３】
前記バックゲート切断スイッチ素子は、前記複数のスイッチ素子のうちの２個以上のスイッチ素子の各々に対して接続され、
各前記バックゲート切断スイッチ素子は、共通の前記バックゲート切断スイッチ駆動回路からの出力電圧が前記第２のＰ型トランジスタの前記制御電極に供給されることによって、前記出力電圧の低下時にオンからオフに変化する、請求項１又は２に記載のチャージポンプ回路。
【請求項４】
各前記第１のスイッチ駆動回路に対応して設けられた第１のクロック制御回路と、
前記電圧選択回路に対応して設けられた第２のクロック制御回路とをさらに備え、
前記第１のクロック制御回路は、前記出力電圧が低下したときに、第１のＰ型トランジスタの制御電極に対して前記入力電圧が固定的に出力されるように、前記一方のクロックを加工して前記第１のスイッチ駆動回路へ入力し、
前記第２のクロック制御回路は、前記出力電圧が低下したときに、前記キャパシタの第２の端子に対して前記基準電圧及び前記入力電圧の一方が固定的に出力されるように、前記第１又は第２のクロックを加工して前記電圧選択回路へ入力する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のチャージポンプ回路。
【請求項５】
前記出力電圧に基づいて前記出力端子に地絡が発生したことを検出する出力地絡検出回路をさらに備え、
前記バックゲート切断スイッチ駆動回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記バックゲート切断スイッチ素子をオンからオフに変化させ、
前記第１のスイッチ駆動回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記出力電圧に代えて前記入力電圧を前記第１のＰ型トランジスタの制御電極に対して選択的に出力するように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のチャージポンプ回路。
【請求項６】
各前記第１のスイッチ駆動回路に対応して設けられた第１のクロック制御回路と、
前記電圧選択回路に対応して設けられた第２のクロック制御回路とをさらに備え、
前記第１のクロック制御回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記第１のＰ型トランジスタの制御電極に対して前記入力電圧が固定的に出力されるように、前記一方のクロックを加工して前記第１のスイッチ駆動回路へ入力し、
前記第２のクロック制御回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記キャパシタの前記第２の端子に対して前記基準電圧及び前記入力電圧の一方が固定的に出力されるように、前記第１又は第２のクロックを加工して前記電圧選択回路へ入力する、請求項５記載のチャージポンプ回路。
【請求項７】
前記出力地絡検出回路は、前記出力電圧が短絡判定電圧よりも低下すると前記出力端子に前記地絡が発生したことを検出する一方で、前記地絡の非検出時には前記出力電圧を出力し、
前記短絡判定電圧は、前記入力電圧から、前記複数のスイッチ素子を構成する前記第１のＰ型トランジスタの寄生ダイオードによる順方向電圧降下量の和を減算した電圧に対応させて予め定められる、請求項５又は６に記載のチャージポンプ回路。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載されたチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路の前記出力電圧を受けて動作する半導体素子とを備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャージポンプ回路及びそれを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力端子の入力電圧を昇圧した出力電圧を出力端子に得る回路として、特開２００９−１８３１１１号公報（特許文献１）に記載されたチャージポンプ回路が公知である。チャージポンプ回路は、入力端子及び出力端子の間に複数のスイッチ素子（特許文献１での駆動トランジスタＴ１，Ｔ４）を直列接続するとともに、複数のスイッチ素子のオンオフの切り替えを繰り返す。具体的には、一部のスイッチ素子がオンされる一方で残りのスイッチ素子がオフされる第１の期間において入力電圧によってキャパシタを充電し、複数のスイッチ素子のオンオフを入れ替えた第２の期間において、入力電圧とキャパシタ電圧との和が出力電圧に印加されることによって、昇圧動作が実現される。【０００３】
このようなチャージポンプ回路において、出力端子が地絡した場合に、入力端子から出力端子へと至る経路の複数のスイッチ素子がオンすることで過電流が発生してしまう。このような過電流を防止するために、特許文献１では、出力端子が地絡した場合に、入力端子から出力端子に接続された複数のスイッチ素子（Ｐ型トランジスタ）のゲートに対して、出力電圧の低下に応じてターンオンされる保護トランジスタによって、オフ電圧（電源電圧Ｖｄｄ）を強制的に入力する回路構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８３１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、複数のスイッチ素子が強制的にターンオフされても、各スイッチ素子（Ｐ型トランジスタ）の寄生ダイオードを介して、入力端子及び出力端子の間に電流経路が形成されるため、入力端子から出力端子への過電流の発生を防止することが困難である。特許文献１では、各スイッチ素子のバックゲートに保護抵抗を接続することで、寄生ダイオードを介した電流経路での電流量を抑制しているが、当該電流経路は継続的に形成されることが懸念される。【０００６】
又、特許文献１では、保護トランジスタを経由して複数のスイッチ素子の各ゲートへ供給されるオフ電圧は、入力端子に印加される電源電圧と共通である。従って、出力端子に地絡が発生した場面では、複数のスイッチ素子の上記寄生ダイオードを流れる電流によって当該電源電圧が低下することで、複数のスイッチ素子のゲート電圧が低下することが懸念される。通常、入力端子及び出力端子間の複数のスイッチ素子のサイズは、電流駆動能力を確保するために大きく設計されるため、寄生ダイオードによる電圧低下も大きくなる傾向にある。このため、保護トランジスタによって供給されるゲート電圧の低下によって、複数のスイッチ素子による電流経路の遮断が不十分となることも懸念される。【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、出力端子が地絡した場合において、入力端子から出力端子への過電流の発生を防止することが可能なチャージポンプ回路の構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある局面では、入力電圧を昇圧した出力電圧を発生するチャージポンプ回路は、入力電圧が入力される入力端子と、出力電圧を出力する出力端子と、複数の第１のＰ型トランジスタと、複数のスイッチ駆動回路と、キャパシタと、電圧選択回路と、バックゲート切断スイッチ素子と、バックゲート切断スイッチ駆動回路とを備える。複数の第１のＰ型トランジスタは、入力端子及び出力端子の間に直列に接続され、複数のスイッチ素子をそれぞれ構成する。複数のスイッチ駆動回路は、互いに相補の第１及び第２のクロックの一方のクロックに従って、複数の第１のＰ型トランジスタの各々の制御電極に対して基準電圧及び出力電圧の一方を選択的に出力して、複数のスイッチ素子のオンオフをそれぞれ制御する。キャパシタは、第１及び第２の端子を有し、第１の端子は、複数のスイッチ素子のうちの隣接する２個のスイッチ素子の接続点に接続される。電圧選択回路は、第１又は第２のクロックに従って、キャパシタの第２の端子に、基準電圧及び入力電圧の一方を選択的に出力する。バックゲート切断スイッチ素子は、複数の第１のＰ型トランジスタのうちの少なくとも１つの第１のＰ型トランジスタにおけるバックゲートと、当該第１のＰ型トランジスタの２個の主電極のうちの出力端子側の主電極との間に接続される。バックゲート切断スイッチ駆動回路は、出力電圧の低下時にバックゲート切断スイッチ素子をオンからオフに変化させる。バックゲート切断スイッチ素子を構成する第２のＰ型トランジスタは、第１のＰ型トランジスタにおけるバックゲートと接続される第１の主電極と、第１のＰ型トランジスタの出力端子側の主電極と接続された第２の主電極とを有する。第２のＰ型トランジスタにおけるバックゲートは、第１の主電極と接続される。複数のスイッチ駆動回路のうちの、バックゲート切断スイッチ素子が接続された少なくとも第１のＰ型トランジスタに対応する、少なくとも１つの第１のスイッチ駆動回路は、出力電圧が低下したときに、出力電圧に代えて入力電圧を当該第１のＰ型トランジスタにおける制御電極に対して選択的に出力する。
【発明の効果】
【０００９】
上記チャージポンプ回路によれば、出力端子が地絡して出力電圧が低下した場合にも、第１のスイッチ駆動回路による第１のＰ型トランジスタのゲートへの入力電圧の供給と、第２のＰ型トランジスタに形成される寄生ダイオードによって、入力端子から出力端子への電流経路が継続的に形成されることを回避できるので、過電流の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】比較例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。
【図２】チャージポンプ回路に入力されるクロック信号の波形図である。
【図３】図１に示されたチャージポンプ回路の昇圧動作を説明する図表である。
【図４】実施の形態１に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【図５】図４に示されたチャージポンプにおけるスイッチ素子の電流遮断構造を説明するための概念的な断面図である。
【図６】実施の形態１の第１の変形例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。
【図７】実施の形態１の第２の変形例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。
【図８】実施の形態２に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【図９】実施の形態３に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【図１０】図９に示された出力地絡検出回路の構成例を説明するブロック図である。
【図１１】実施の形態２及び実施の形態３を組み合わせたチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【図１２】実施の形態４に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【図１３】図１２に示されたチャージポンプ回路に入力されるクロック信号の波形図である。
【図１４】図１２に示されたチャージポンプ回路の動作を説明する図表である。
【図１５】本実施の形態に係るチャージポンプ回路を備えた半導体装置の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１２】
実施の形態１．
（比較例の説明）
まず、一般的なチャージポンプ回路の構成を、本実施の形態の比較例として説明する。
【００１３】
図１は、比較例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。以下の説明で明らかになるように、比較例に係るチャージポンプ回路１００の基本的な回路動作（昇圧動作）は、後述する本実施の形態に係るチャージポンプ回路と同様であるが、比較例に係るチャージポンプ回路１００は、出力端子の地絡時における短絡電流の遮断機能について、特許文献１と同様の課題を有するものである。
【００１４】
図１を参照して、比較例に係るチャージポンプ回路１００は、入力端子５と、出力端子１０と、入力端子５及び出力端子１０の間に直列接続された「複数のスイッチ素子」を構成するＰチャネル型（単に、Ｐ型とも称する）のトランジスタＰＭＯＳ５，ＰＭＯＳ６と、スイッチ駆動回路１１，１２と、インバータ２０と、インバータ駆動回路１３，１４と、キャパシタＣ１とを備える。以下では、入力端子５の電圧を入力電圧ＶＩＮ、出力端子１０の電圧を出力電圧ＶＯＵＴと称する。
【００１５】
図１中に示されたクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４の各々は、チャージポンプ回路１００の動作期間において、論理ハイレベル（以下、「Ｈレベル」と表記）、及び、論理ローレベル（以下、「Ｌレベル」と表記）を一定周期で繰り返す。
【００１６】
トランジスタＰＭＯＳ５は、入力端子５と接続されたノードＮｐ０と、ノードＮｐ１との間に電気的に接続される。トランジスタＰＭＯＳ５のゲートは、スイッチ駆動回路１１の出力ノードＮ３と接続される。トランジスタＰＭＯＳ５は、バックゲートをノードＮｐ１と接続することにより、図１に示した極性の寄生ダイオードＤ９を有する。
【００１７】
トランジスタＰＭＯＳ６は、ノードＮｐ１と、出力端子１０と接続されたノードＮｐ２との間に電気的に接続される。トランジスタＰＭＯＳ６のゲートは、スイッチ駆動回路１２の出力ノードＮ４と接続される。トランジスタＰＭＯＳ６は、バックゲートをノードＮｐ２と接続することにより、図１に示した極性の寄生ダイオードＤ１０を有する。
【００１８】
スイッチ駆動回路１１は、ノードＮｐ２及び接地ノードＮｇの間にノードＮ３を介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ１及びＮチャネル型（単に、Ｎ型とも称する）のトランジスタＮＭＯＳ１を有する。トランジスタＰＭＯＳ１及びＮＭＯＳ１のゲートには、クロック信号ＣＬＫ１が共通に入力される。接地ノードＮｇは、基準電圧（代表的には、接地電圧ＧＮＤ）を供給する。
【００１９】
同様に、スイッチ駆動回路１２は、ノードＮｐ２及び接地ノードＮｇの間にノードＮ４を介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ２及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ２を有する。トランジスタＰＭＯＳ２及びＮＭＯＳ２のゲートには、クロック信号ＣＬＫ２が共通に入力される。
【００２０】
スイッチ駆動回路１１，１２は、出力電圧ＶＯＵＴ及び接地電圧ＧＮＤを電源として、クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２を入力とするインバータを構成している。トランジスタＰＭＯＳ１及びＮＭＯＳ１は、バックゲートをノードＮｐ２及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１に示した極性の寄生ダイオードＤ１及びＤ２を有する。同様に、トランジスタＰＭＯＳ２及びＮＭＯＳ２は、バックゲートをノードＮｐ２及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１に示した極性の寄生ダイオードＤ３及びＤ４を有する。
【００２１】
インバータ２０は、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及び接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）の間にノードＮ２を介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ７及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ５を有する。ノードＮ２は、キャパシタＣ１を経由して、ノードＮｐ１と接続される。
【００２２】
トランジスタＰＭＯＳ７のゲートは、クロック信号ＣＬＫ３を入力されるインバータ駆動回路１３の出力ノードと接続される。トランジスタＮＭＯＳ５のゲートは、クロック信号ＣＬＫ４を入力されるインバータ駆動回路１４の出力ノードと接続される。トランジスタＰＭＯＳ７及びＮＭＯＳ５は、バックゲートをノードＮｐ０及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１に示した極性の寄生ダイオードＤ１１及びＤ１２を有する。
【００２３】
インバータ駆動回路１３は、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及び接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）の間に、トランジスタＰＭＯＳ７のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ３及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ３を有する。トランジスタＰＭＯＳ３及びＮＭＯＳ３のゲートには、クロック信号ＣＬＫ３が共通に入力される。
【００２４】
同様に、インバータ駆動回路１４は、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及び接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）の間に、トランジスタＮＭＯＳ５のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ４及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ４を有する。トランジスタＰＭＯＳ４及びＮＭＯＳ４のゲートには、クロック信号ＣＬＫ４が共通に入力される。
【００２５】
インバータ駆動回路１３，１４は、入力電圧ＶＩＮ及び接地電圧ＧＮＤを電源として、クロック信号ＣＬＫ３，ＣＬＫ４を入力とするインバータを構成している。トランジスタＰＭＯＳ３及びＮＭＯＳ３は、バックゲートをノードＮｐ０及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１に示した極性の寄生ダイオードＤ５及びＤ６を有する。同様に、トランジスタＰＭＯＳ４及びＮＭＯＳ４は、バックゲートをノードＮｐ０及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１に示した極性の寄生ダイオードＤ７及びＤ８を有する。
【００２６】
図２は、チャージポンプ回路１００に入力されるクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４の波形図である。
【００２７】
図２を参照して、クロック信号ＣＬＫ１と、クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ４とは、逆相であり、クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ４は同相である。但し、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４のエッジ間には、複数のトランジスタの同時導通による貫通電流を防止するための時間差（いわゆる、デッドタイム相当）が設けられる。
【００２８】
例えば、互いに逆相の基準クロックＣＬＫａ，ＣＬＫｂに対して上記デッドタイムを不付与することによって、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４を生成することが可能である。尚、当該デッドタイムは、通常、数（ｎｓ）〜数十（ｎｓ）程度であるが、図２中では、クロック周期に対して誇張して表記されている。
【００２９】
図３には、チャージポンプ回路１００の昇圧動作を説明する図表が示される。チャージポンプ回路１００は、相補である基準クロックＣＬＫａ及びＣＬＫｂに基づくクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４に従って、図３に示される状態１及び状態２を交互に繰り返す。
【００３０】
図３及び図１を参照して、状態１では、基準クロックＣＬＫａ（クロック信号ＣＬＫ１）がＨレベルである一方で、基準クロックＣＬＫｂ（クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ４）はＬレベルである。従って、スイッチ駆動回路１１は、ノードＮ３にＬレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）を出力する。一方で、スイッチ駆動回路１２は、ノードＮ４にＨレベル電圧（出力電圧ＶＯＵＴ）を出力する。この結果、複数のスイッチ素子については、トランジスタＰＭＯＳ５がオンする一方で、トランジスタＰＭＯＳ６はオフする。
【００３１】
又、インバータ駆動回路１３及び１４が入力電圧ＶＩＮを出力するため、トランジスタＰＭＯＳ７がオフする一方で、トランジスタＮＭＯＳ５がオンする。従って、インバータ２０は、ノードＮ２を接地ノードＮｇと接続する。この結果、状態１では、ノードＮｐ１は、入力端子５（入力電圧ＶＩＮ）と接続される一方で、出力端子１０からは切り離される。更に、キャパシタＣ１は、ノードＮｐ１及び接地ノードＮｇの間に接続されることにより、入力電圧ＶＩＮにより充電される。従って、キャパシタ電圧Ｖ（Ｃ１）＝ＶＩＮとなる。
【００３２】
これに対して、状態２では、クロック信号ＣＬＫ１（基準クロックＣＬＫａ）がＬレベルである一方で、クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ４（基準クロックＣＬＫｂ）はＨレベルである。従って、ノードＮ３、即ち、トランジスタＰＭＯＳ５のゲート電圧が出力電圧ＶＯＵＴ、ノードＮ４、即ち、トランジスタＰＭＯＳ６のゲート電圧が接地電圧ＧＮＤとなる。これにより、複数のスイッチ素子では、トランジスタＰＭＯＳ６がオンする一方で、トランジスタＰＭＯＳ５はオフされる。
【００３３】
又、インバータ駆動回路１３及び１４が接地電圧ＧＮＤを出力するため、トランジスタＰＭＯＳ７がオンする一方で、トランジスタＮＭＯＳ５がオフする。従って、インバータ２０は、ノードＮ２をノードＮｐ０と接続する。この結果、状態２では、ノードＮｐ１は、入力端子５（入力電圧ＶＩＮ）と切り離される一方で、出力端子１０と接続される。更に、キャパシタＣ１は、入力端子５（ノードＮｐ０）及びノードＮｐ１の間に接続される。従って、出力端子１０での出力電圧ＶＯＵＴは、入力電圧ＶＩＮと、キャパシタ電圧Ｖ（Ｃ１）との和、即ち、入力電圧ＶＩＮの２倍となる。
【００３４】
チャージポンプ回路１００は、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４に従って上述の状態１及び状態２を交互に繰り返すことによって、入力電圧ＶＩＮの２倍の出力電圧ＶＯＵＴを出力する昇圧動作を実行することができる。
【００３５】
次に、比較例に係るチャージポンプ回路１００において、出力端子１０が地絡して、出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ電圧近傍まで低下した場合の動作を説明する。
【００３６】
ノードＮｐ２の出力電圧ＶＯＵＴが低下すると、スイッチ駆動回路１１及び１２から、トランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６のゲートに対して、入力電圧ＶＩＮより低い電圧しか供給できなくなる。このため、トランジスタＰＭＯＳ５とＰＭＯＳ６をオフすることができなくなり、入力端子５及び出力端子１０の間に接続された複数のスイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６が両方オン状態となる。
【００３７】
複数のスイッチ素子を構成するトランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６の素子サイズは、チャージポンプ回路１００の電流能力に直結するため、大電流を流せるように大きく設計されることが一般的である。このため、トランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６が両方オンしてしまうと、入力端子５から出力端子１０への経路に過電流が生じることが懸念される。
【００３８】
又、トランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６の素子サイズと連動して、寄生ダイオードＤ９及びＤ１０の素子サイズが大きくなるため、寄生ダイオードＤ９及びＤ１０が流せる電流量も大きくなる。従って、出力端子１０に地絡が発生した場合には、寄生ダイオードＤ９及びＤ１０を介する経路によっても、入力端子５から出力端子１０への過電流が生じることが懸念される。
【００３９】
（実施の形態１の説明）
図４は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【００４０】
図４を参照して、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１は、比較例に係るチャージポンプ回路１００と同様の昇圧動作を実行するとともに、出力端子１０での地絡発生等に起因する出力電圧ＶＯＵＴの低下時における過電流防止機能を具備するものである。
【００４１】
実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１は、比較例のチャージポンプ回路１００と比較して、スイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ５のバックゲートに接続されたトランジスタＰＭＯＳ１３と、トランジスタＰＭＯＳ１３のオンオフを制御するスイッチ駆動回路３０とをさらに備える。さらに、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１は、比較例のチャージポンプ回路１００でのスイッチ駆動回路１２に代えて、スイッチ駆動回路２１を備える。スイッチ駆動回路２１は、トランジスタＰＭＯＳ１３が接続されたスイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ６のオンオフを制御する。
【００４２】
実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１のその他の部分の構成は、比較例に係るチャージポンプ回路１００（図１）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。尚、図４の構成例において、トランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６は「複数のスイッチ素子」を構成する「第１のＰ型トランジスタ」の一実施例に対応し、トランジスタＰＭＯＳ１３は「バックゲート切断スイッチ素子」を構成する「第２のＰ型トランジスタ」の一実施例に対応する。又、スイッチ駆動回路３０は「バックゲート切断スイッチ素子駆動回路」の一実施例に対応する。更に、ノードＮｐ１は、隣接する２個スイッチ素子間の「接続点」に相当し、インバータ駆動回路１３及び１４とインバータ２０とによって、「電圧選択回路」の一実施例が構成される。
【００４３】
トランジスタＰＭＯＳ１３は、トランジスタＰＭＯＳ６のバックゲートと、トランジスタＰＭＯＳ６の２個の主電極（ソース及びドレイン）のうちの出力端子１０側の主電極（図４ではソース）との間に接続される。
【００４４】
図５には、チャージポンプ回路１０１の電流遮断構造を説明するためのトランジスタＰＭＯＳ６及びＰＭＯＳ１３の概念的な断面図が示される。
【００４５】
図５を参照して、Ｐ型基板６０には、Ｎウェル６１及びＮウェル７１が形成される。トランジスタＰＭＯＳ６は、Ｎウェル６１に形成された、Ｐ＋領域６２及び６３と、Ｎ＋領域６５とを有する。Ｐ＋領域６２及び６３は、トランジスタＰＭＯＳ６の第１及び第２の主電極（ソース及びドレインの一方ずつ）に対応する。Ｎ＋領域６５は、トランジスタＰＭＯＳ６のバックゲートに対応する。トランジスタＰＭＯＳ６は、さらに、Ｐ＋領域６２及び６３の間のチャネル領域の直上に絶縁膜を介して形成される、制御電極に相当するゲート６４をさらに有する。
【００４６】
同様に、トランジスタＰＭＯＳ１３は、Ｎウェル７１に形成された、Ｐ＋領域７２及び７３と、ゲート７４と、Ｎ＋領域７５とを有する。Ｐ＋領域７２及び７３は、トランジスタＰＭＯＳ１３の第１及び第２の主電極（ソース及びドレインの一方ずつ）に対応し、Ｎ＋領域７５は、トランジスタＰＭＯＳ１３のバックゲートに対応する。ゲート６４は、トランジスタＰＭＯＳ１３の制御電極に相当する。
【００４７】
トランジスタＰＭＯＳ６において、Ｐ＋領域６３はノードＮｐ２（即ち、出力端子１０）と接続され、Ｐ＋領域６２は、キャパシタＣ１と接続されたノードＮｐ１と接続される。ゲート６４は、スイッチ駆動回路２１の出力を受けるノードＮ４と接続される。トランジスタＰＭＯＳ６において、Ｐ＋領域６２及びＰ＋領域６３は「主電極」の一実施例に対応し、特に、Ｐ＋領域６３は、出力端子１０側の「主電極」に対応する。
【００４８】
トランジスタＰＭＯＳ１３において、Ｐ＋領域７３はノードＮｐ２（即ち、トランジスタＰＭＯＳ６のＰ＋領域６３）と接続され、ゲート７４は、スイッチ駆動回路３０の出力を受けるノードＮ５と接続される。Ｐ＋領域７２は、Ｎ＋領域７５及びトランジスタＰＭＯＳ６のＮ＋領域７５と接続される。この結果、トランジスタＰＭＯＳ１３では、出力端子１０と接続されるＰ＋領域７３と、Ｎウェル７１とのＰＮ接合によって寄生ダイオードが形成される。同様に、トランジスタＰＭＯＳ１３では、ノードＮｐ１と接続されるＰ＋領域６２と、Ｎウェル６１とのＰＮ接合によって寄生ダイオードが形成される。又、ＰＭＯＳ６及びＰＭＯＳ１３のボディ（バックゲート）同士は電気的に接続される。即ち、「第２のＰ型トランジスタ」の一実施例であるトランジスタＰＭＯＳ１３において、Ｐ＋領域７２は「第１の主電極」の一実施例に対応し、Ｐ＋領域７３は「第２の主電極」の一実施例に対応し、Ｎ＋領域７５は「バックゲート」の一実施例に対応する。
【００４９】
再び図４を参照して、トランジスタＰＭＯＳ６の主電極間には、ＰＭＯＳ６の寄生ダイオードＤ１０、ＰＭＯＳ６及びＰＭＯＳ１３のボディ（バックゲート）、並びに、ＰＭＯＳ１３の寄生ダイオードＤ２３による経路が形成される。当該バックゲートを含む経路上において、図５で説明した接続関係とすることで、寄生ダイオードＤ１０及びＤ２３は逆極性で直列接続されることになる。
【００５０】
スイッチ駆動回路３０は、ノードＮｐ０及び接地ノードＮｇの間にノードＮ５を介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ１４及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ１１を有する。トランジスタＰＭＯＳ１４及びＮＭＯＳ１１のゲートは、ノードＮｐ２（出力端子１０）と共通に接続される。
【００５１】
スイッチ駆動回路３０は、入力電圧ＶＩＮ及び接地電圧ＧＮＤを電源として、出力電圧ＶＯＵＴを入力とするインバータを構成している。トランジスタＰＭＯＳ１４及びＮＭＯＳ１１は、バックゲートをノードＮｐ１及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図４に示した極性の寄生ダイオードＤ２４及びＤ２５を有する。上述のように、スイッチ駆動回路３０の出力ノードＮ５は、トランジスタＰＭＯＳ１３のゲートと接続される。
【００５２】
スイッチ駆動回路２１は、図１のスイッチ駆動回路１２と同様にインバータ接続されたトランジスタＰＭＯＳ２及びＮＭＯＳ２に加えて、トランジスタＰＭＯＳ１１及びＰＭＯＳ１２をさらに有する。トランジスタＰＭＯＳ１１は、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及びトランジスタＰＭＯＳ２のソースに相当するノードＮｓの間に接続される。トランジスタＰＭＯＳ１２は、ノードＮｐ２（出力電圧ＶＯＵＴ）及びノードＮｓ（トランジスタＰＭＯＳ２）の間に接続される。トランジスタＰＭＯＳ１１のゲートは、ノードＮｐ２（出力電圧ＶＯＵＴ）と接続される。トランジスタＰＭＯＳ１２のゲートは、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）と接続される。トランジスタＰＭＯＳ１１及びＮＭＯＳ１２は、バックゲートをノードＮｓと共通に接続することにより、図４に示した極性の寄生ダイオードＤ２１及びＤ２２を有する。
【００５３】
従って、スイッチ駆動回路２１は、トランジスタＰＭＯＳ１１のオン時には、入力電圧ＶＩＮを電源電圧とするインバータとして動作する一方で、トランジスタＰＭＯＳ１２のオン時には、出力電圧ＶＯＵＴを電源電圧とするインバータとして動作する。当該インバータの出力ノードＮ４は、トランジスタＰＭＯＳ６のゲートと接続される。
【００５４】
チャージポンプ回路１０１のスイッチ駆動回路１１及び２１、並びに、インバータ駆動回路１３及び１４には、比較例のチャージポンプ回路１００と同様のクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４（図２）がそれぞれ入力される。
【００５５】
チャージポンプ回路１０１において、昇圧動作の開始前には、出力電圧ＶＯＵＴは、入力電圧ＶＩＮから寄生ダイオードＤ９及びＤ１０による順方向の電圧降下量だけ低い電圧となっている。このため、トランジスタＰＭＯＳ１１及びＰＭＯＳ１２はオフしており、トランジスタＰＭＯＳ２のソース（ノードＮｓ）の電圧は、トランジスタＰＭＯＳ１１の寄生ダイオードＤ２１を介して供給される。
【００５６】
昇圧動作時にはトランジスタＰＭＯＳ１３がオンに維持されるので、トランジスタＰＭＯＳ６は、図１と同様に、ボディ（バックゲート）がソース（即ち、出力端子１０側の主電極）と接続された状態となる。更に、スイッチ駆動回路２１では、出力電圧ＶＯＵＴの上昇に応じて、トランジスタＰＭＯＳ１２のゲート・ソース間電圧が大きくなることにより、トランジスタＰＭＯＳ１２がオンする。これにより、トランジスタＰＭＯＳ２のソース（ノードＮｓ）に対して、トランジスタＰＭＯＳ１２を経由して出力電圧ＶＯＵＴが供給されるので、スイッチ駆動回路２１は、図１のスイッチ駆動回路１２と同様に動作する。
【００５７】
従って、チャージポンプ回路１０１においても、基準クロックＣＬＫａ，ＣＬＫｂに基づくクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４（図２）に応答して、図３に示した状態１及び状態２が繰り返されることによって、出力電圧ＶＯＵＴが入力電圧ＶＩＮの２倍まで上昇する昇圧動作が実行される。即ち、当該基準クロックＣＬＫａ，ＣＬＫｂは、「互いに相補の第１及び第２のクロック」の一実施例に相当する。
【００５８】
チャージポンプ回路１０１において出力端子１０が地絡した場合は、出力電圧ＶＯＵＴは、接地電圧ＧＮＤ電圧付近まで低下して、入力電圧ＶＩＮより低くなる。これにより、トランジスタＰＭＯＳ１２がオフされる一方で、トランジスタＰＭＯＳ１１がオンされるので、トランジスタＰＭＯＳ２のソース（ノードＮｓ）には、トランジスタＰＭＯＳ１１を経由して入力電圧ＶＩＮが供給される。
【００５９】
トランジスタＰＭＯＳ１１のソース電圧が出力電圧ＶＯＵＴではなく入力電圧ＶＩＮとなるため、トランジスタＰＭＯＳ２及びＮＭＯＳ２によって構成されるインバータは、クロック信号ＣＬＫ２のＬレベル期間において、ノードＮ４からトランジスタＰＭＯＳ６のゲートに対して、Ｈレベル電圧として、入力電圧ＶＩＮを出力することができる。これにより、ソース電圧が地絡によって接地電圧ＧＮＤ付近まで低下したトランジスタＰＭＯＳ６についても、ゲートに入力電圧ＶＩＮを入力することによってオフすることができる。これにより、トランジスタＰＭＯＳ６のオフ期間を設けることができる。このように、複数のスイッチ駆動回路１１，２１のうち、スイッチ駆動回路２１によって「第１のスイッチ駆動回路」の機能が実現される。又、スイッチ駆動回路２１において、トランジスタＰＭＯＳ１１及びＰＭＯＳ１２によって「電圧切換回路」の一実施例が構成され、トランジスタＰＭＯＳ２及びＮＭＯＳ２によるインバータによって「信号伝達回路」の一実施例が構成される。
【００６０】
更に、スイッチ駆動回路２１では、出力端子１０が地絡した場合に、トランジスタＰＭＯＳ１１を経由して入力電圧ＶＩＮが供給されるノードＮｓと、地絡した出力端子１０（ノードＮｐ２）との間の電流経路は、トランジスタＰＭＯＳ１２の寄生ダイオードＤ２２によってブロックされる。又、スイッチ駆動回路１１においても、ノードＮ３に強制的にオフ電圧を供給する構成は存在しない。このため、スイッチ駆動回路１１及び２１の各々では、出力端子１０が地絡しても、出力端子１０へ向かう電流経路が内部に形成されることがない。
【００６１】
これに対して、特許文献１では、出力端子に地絡が発生すると、駆動トランジスタのゲートに対して、保護トランジスタを経由して駆動トランジスタのオフ電圧が供給される。このため、駆動トランジスタの駆動回路の内部では、駆動回路とも接続される出力端子（地絡発生）へ向けて、駆動トランジスタのゲート（即ち、駆動回路の出力ノード）からの電流経路が形成される虞がある。代表的には、当該駆動回路は、図４中のスイッチ駆動回路１１の様なインバータで構成されるため、図４中のトランジスタＰＭＯＳ１の寄生ダイオードＤ１によって上記電流経路が形成される虞がある。このため、本実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１では、出力端子１０が地絡した場合に、スイッチ駆動回路１１及び２１の各々において、出力端子１０へ至る電流経路が形成されない点でも有利である。
【００６２】
更に、スイッチ駆動回路３０では、出力端子１０の地絡発生時には、トランジスタＰＭＯＳ１４がオンに維持されるため、ノードＮ５からトランジスタＰＭＯＳ１３のゲートに、入力電圧ＶＩＮが出力される。これにより、トランジスタＰＭＯＳ１３はオフに維持される。このとき、トランジスタＰＭＯＳ６のボディ（バックゲート）を経由した電流経路は、「バックゲート切断スイッチ素子」であるトランジスタＰＭＯＳ１３の寄生ダイオードＤ２３による逆電圧阻止によって遮断されている。
【００６３】
出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ付近まで低下することにより、スイッチ駆動回路１１からノードＮ３にＬレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）が固定的に出力されて、トランジスタＰＭＯＳ５がオンに維持されることが懸念される。しかしながら、スイッチ駆動回路２１及びトランジスタＰＭＯＳ１３が配置されたトランジスタＰＭＯＳ６によって、入力端子５から出力端子１０への電流経路が継続的に形成されることを回避できるので、過電流の発生を防止できる。
【００６４】
この結果、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１によれば、通常時（出力端子１０の地絡非発生時）には、比較例のチャージポンプ回路１００と同様の昇圧動作が可能であるとともに、出力端子１０の地絡発生等による出力電圧ＶＯＵＴの低下時における過電流の発生を防止することができる。
【００６５】
実施の形態１の変形例１．
図６は、実施の形態１の第１の変形例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。
【００６６】
図６を参照して、実施の形態１の第１の変形例に係るチャージポンプ回路１０２は、比較例に係るチャージポンプ回路１００と比較して、スイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ６のバックゲートに接続されたトランジスタＰＭＯＳ１７と、トランジスタＰＭＯＳ１７のオンオフを制御するスイッチ駆動回路３０とをさらに備える。さらに、チャージポンプ回路１０２は、比較例のチャージポンプ回路１００でのスイッチ駆動回路１１に代えて、スイッチ駆動回路２３を備える。スイッチ駆動回路２３は、トランジスタＰＭＯＳ１７が接続されたスイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ５のオンオフを制御する。
【００６７】
トランジスタＰＭＯＳ１７は、トランジスタＰＭＯＳ５のバックゲートと、トランジスタＰＭＯＳ５の２個の主電極のうちの出力端子１０側の主電極（図６ではソース）との間に接続される。トランジスタＰＭＯＳ１７及びＰＭＯＳ５の間の接続関係は、図４及び図５におけるトランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ６の間の接続関係と同様である。従って、トランジスタＰＭＯＳ５の寄生ダイオードＤ９と、トランジスタＰＭＯＳ１７の寄生ダイオードＤ２８とは、トランジスタＰＭＯＳ６の主電極間のボディ（バックゲート）を介した経路上において、逆極性で直列接続されることになる。
【００６８】
スイッチ駆動回路３０の構成及び動作は、図４と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。スイッチ駆動回路３０の出力ノードＮ５は、トランジスタＰＭＯＳ１７のゲートと接続される。
【００６９】
スイッチ駆動回路２３は、図１のスイッチ駆動回路１２と同様にインバータ接続されたトランジスタＰＭＯＳ１及びＮＭＯＳ１に加えて、トランジスタＰＭＯＳ１５及びＰＭＯＳ１６をさらに有する。トランジスタＰＭＯＳ１５は、図４のトランジスタＰＭＯＳ１１と同様に、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及びトランジスタＰＭＯＳ１のソースに相当するノードＮｓの間に接続される。トランジスタＰＭＯＳ１６は、ノードＮｐ２（出力電圧ＶＯＵＴ）及びノードＮｓ（トランジスタＰＭＯＳ１）の間に接続される。トランジスタＰＭＯＳ１５のゲートは、ノードＮｐ２（出力電圧ＶＯＵＴ）と接続される。トランジスタＰＭＯＳ１６のゲートは、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）と接続される。トランジスタＰＭＯＳ１５及びＮＭＯＳ１６は、バックゲートをノードＮｓと共通に接続することにより、図６に示した極性の寄生ダイオードＤ２６及びＤ２７を有する。
【００７０】
従って、スイッチ駆動回路２３は、図４のスイッチ駆動回路２１と同様に、トランジスタＰＭＯＳ１５のオン時には、入力電圧ＶＩＮを電源電圧とするインバータとして動作する一方で、トランジスタＰＭＯＳ１６のオン時には、出力電圧ＶＯＵＴを電源電圧とするインバータとして動作する。当該インバータの出力ノードＮ３は、トランジスタＰＭＯＳ５のゲートと接続される。即ち、図６の構成では、複数のスイッチ駆動回路２３，１２のうち、スイッチ駆動回路２３によって「第１のスイッチ駆動回路」の機能が実現される。又、スイッチ駆動回路２３において、トランジスタＰＭＯＳ１５及びＰＭＯＳ１６によって「電圧切換回路」の一実施例が構成され、トランジスタＰＭＯＳ１及びＮＭＯＳ１によるインバータによって「信号伝達回路」の一実施例が構成される。即ち、ノードＮｓは「電源ノード」の一実施例に対応し、接地ノードＮｇは「基準電圧ノード」の一実施例に対応する。
【００７１】
実施の形態１の第１の変形例に係るチャージポンプ回路１０２のその他の部分の構成は、比較例に係るチャージポンプ回路１００（図１）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。尚、図６の構成例においても、複数のスイッチ素子を構成するトランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６は「第１のＰ型トランジスタ」の一実施例に対応し、トランジスタＰＭＯＳ１７は「バックゲート切断スイッチ素子」を構成する「第２のＰ型トランジスタ」の一実施例に対応する。
【００７２】
図６のチャージポンプ回路１０２において、スイッチ駆動回路２３，３０及びトランジスタＰＭＯＳ１７は、図４（チャージポンプ回路１０１）におけるスイッチ駆動回路２１，３０及びトランジスタＰＭＯＳ１３と同様に動作する。この結果、実施の形態１の第１の変形例に係るチャージポンプ回路１０２は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１と同様に、比較例のチャージポンプ回路１００と同様の昇圧動作を実行することができる。
【００７３】
図６のチャージポンプ回路１０２では、出力端子１０の地絡発生等による出力電圧ＶＯＵＴの低下時には、スイッチ駆動回路１２からノードＮ４にＬレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）が固定的に出力されて、トランジスタＰＭＯＳ６がオンに維持されることが懸念される。
【００７４】
しかしながら、スイッチ駆動回路２３がトランジスタＰＭＯＳ１５及びＰＭＯＳ１を経由して、ノードＮ４、即ち、トランジスタＰＭＯＳ５のゲートに対して入力電圧ＶＩＮを供給することができるため、クロック信号ＣＬＫ１のＬレベル期間に対応させて、トランジスタＰＭＯＳ５のオフ期間を設けることができる。又、スイッチ駆動回路３０によりトランジスタＰＭＯＳ１７がオフに維持されると、トランジスタＰＭＯＳ５のボディ（バックゲート）を経由した電流経路は、「バックゲート切断スイッチ素子」であるトランジスタＰＭＯＳ１７の寄生ダイオードＤ２８による逆電圧阻止によって遮断される。
【００７５】
このように、図６のチャージポンプ回路１０２では、出力端子１０の地絡発生等による出力電圧ＶＯＵＴの低下時には、スイッチ駆動回路２３及びトランジスタＰＭＯＳ１７が配置されたトランジスタＰＭＯＳ５によって、入力端子５から出力端子１０への電流経路が継続的に形成されることを回避できるので、過電流の発生を防止できる。
【００７６】
この結果、実施の形態１の変形例では、複数のスイッチ素子のうちのトランジスタＰＭＯＳ５に対して「バックゲート切断スイッチ素子」としてトランジスタＰＭＯＳ１７を接続する構成としたが、実施の形態１と同様に、出力端子１０の地絡発生等による出力電圧ＶＯＵＴの低下時における過電流の発生を防止することができる。
【００７７】
実施の形態１の変形例２．
図７は、実施の形態１の第２の変形例に係るチャージポンプ回路の構成を説明する回路図である。
【００７８】
図７を参照して、実施の形態１の第２の変形例に係るチャージポンプ回路１０３は、比較例に係るチャージポンプ回路１００と比較して、スイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６のバックゲートにそれぞれ接続されたトランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ１７と、トランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ１７のオンオフを制御するスイッチ駆動回路３０とをさらに備える。さらに、チャージポンプ回路１０３は、比較例のチャージポンプ回路１００と比較して、スイッチ駆動回路１１（図１）に代えて、図４のスイッチ駆動回路２３を有するともに、スイッチ駆動回路１２（図１）に代えて、図６のスイッチ駆動回路２１を有する。
【００７９】
トランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ６の間の接続関係は、実施の形態１（図４及び図５）で説明したのと同様であり、トランジスタＰＭＯＳ１７及びＰＭＯＳ５の間の接続関係は、実施の形態１の第１の変形例（図６）と同様である。又、スイッチ駆動回路３０の構成及び動作は、図４及び図６で説明したのと同様であり、トランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ１７は、スイッチ駆動回路３０の出力ノードＮ５の電圧に応じて、共通にオンオフされる。
【００８０】
スイッチ駆動回路２１は、図４と同様の構成及び動作により、トランジスタＰＭＯＳ６のオンオフを制御する。同様に、スイッチ駆動回路２３は、図６と同様の構成及び動作により、トランジスタＰＭＯＳ５のオンオフを制御する。
【００８１】
実施の形態１の第２の変形例に係るチャージポンプ回路１０３のその他の部分の構成は、比較例に係るチャージポンプ回路１００（図１）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。尚、図６の構成例においても、トランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６は「複数のスイッチ素子」を構成する「第１のＰ型トランジスタ」の一実施例に対応し、トランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ１７は「バックゲート切断スイッチ素子」を構成する「第２のＰ型トランジスタ」の一実施例に対応する。更に、複数のスイッチ駆動回路２１，２３の各々が「第１のスイッチ駆動回路」の機能を有する。
【００８２】
図７のチャージポンプ回路１０３において、スイッチ駆動回路２１，２３，３０及びトランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ１７は、図４及び図６で説明したのと同様に動作する。この結果、実施の形態１の第２の変形例に係るチャージポンプ回路１０３は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１と同様に、比較例のチャージポンプ回路１００と同様の昇圧動作を実行することができる。
【００８３】
さらに、出力端子１０の地絡発生等による出力電圧ＶＯＵＴの低下時には、スイッチ駆動回路２１及び２３によって、クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２のＬレベル期間に対応させてトランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６のオフ期間を確保するとともに、トランジスタＰＭＯＳ１７及びＰＭＯＳ１５の寄生ダイオードＤ２８及びＤ２３による逆電圧阻止によって、入力端子５から出力端子１０への電流経路が継続的に形成されることを回避できるので、過電流の発生を防止できる。
【００８４】
このように、複数のスイッチ素子のうちのトランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６の両方に対して、「バックゲート切断スイッチ素子」としてトランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ１７を接続する構成としても、出力電圧ＶＯＵＴの低下時における過電流の発生を防止することが可能である。
【００８５】
図４、図６及び図７のチャージポンプ回路１０１〜１０３より、入力端子５及び出力端子１０の間に接続された複数のスイッチ素子（トランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ６）の少なくとも一方に対して、「バックゲート切断スイッチ素子」としてトランジスタＰＭＯＳ１３及びＰＭＯＳ１７の少なくとも一方を接続し、かつ、「第１のスイッチ駆動回路」としてスイッチ駆動回路２３及び２１の少なくとも一方を配置することにより、通常の昇圧動作とともに、出力端子１０での地絡発生等に起因する出力電圧ＶＯＵＴの低下時における過電流の防止機能を具備することが可能となることが理解される。
【００８６】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【００８７】
図８を参照して、実施の形態２に係るチャージポンプ回路１０４は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１（図４）と比較して、論理ゲートによって構成されるクロック制御回路８１〜８３をさらに備える点で異なる。
【００８８】
クロック制御回路８１は、ＡＮＤゲートで構成されて、クロック信号ＣＬＫ２と、出力電圧ＶＯＵＴとの論理積演算結果を出力する。クロック制御回路８２は、ＮＡＮＤゲートで構成されて、クロック信号ＣＬＫ３の反転信号と、出力電圧ＶＯＵＴとの否定論理積演算結果を出力する。同様に、クロック制御回路８４は、ＮＡＮＤゲートで構成されて、クロック信号ＣＬＫ４の反転信号と、出力電圧ＶＯＵＴとの否定論理積演算結果を出力する。
【００８９】
スイッチ駆動回路２１においてトランジスタＰＭＯＳ２及びＮＭＯＳ２によって構成されるインバータには、クロック制御回路８１によって加工されたクロック信号ＣＬＫ２が入力される。同様に、インバータ駆動回路１３においてトランジスタＰＭＯＳ３及びＮＭＯＳ３によって構成されるインバータには、クロック制御回路８２によって加工されたクロック信号ＣＬＫ３が入力される。又、インバータ駆動回路１４においてトランジスタＰＭＯＳ４及びＮＭＯＳ４によって構成されるインバータには、クロック制御回路８３によって加工されたクロック信号ＣＬＫ４が入力される。即ち、クロック制御回路８１は「第１のクロック制御回路」の一実施例に対応し、クロック制御回路８２及び８３は「第２のクロック制御回路」の一実施例に対応する。
【００９０】
出力電圧ＶＯＵＴの正常時（出力端子１０の地絡非発生時）には、クロック制御回路８１〜８３を構成する論理ゲートの出力電圧ＶＯＵＴが入力される端子は、Ｈレベルに固定される。従って、クロック制御回路８１〜８３からは、クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ４と同じ論理レベルの信号が出力される。従って、実施の形態２に係るチャージポンプ回路１０４は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１と同様の昇圧動作を実行することができる。
【００９１】
これに対して、出力端子１０の地絡発生等によって出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ付近まで低下すると、クロック制御回路８１（ＡＮＤゲート）の出力は、Ｌレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）に固定される。一方で、クロック制御回路８２，８３（ＮＡＮＤゲート）の出力は、Ｈレベル電圧（入力電圧ＶＩＮ）に固定される。
【００９２】
これにより、スイッチ駆動回路２１によって、ノードＮ４がＨレベル（入力電圧ＶＩＮ）に維持されるので、トランジスタＰＭＯＳ６はオフに固定される。同様に、インバータ駆動回路１３及び１４によって、トランジスタＰＭＯＳ７及びＮＭＯＳ５の各々のゲート電圧もＬレベル（接地電圧ＧＮＤ）に維持される。この結果、インバータ２０では、トランジスタＰＭＯＳ７が固定的にオンされるとともに、トランジスタＮＭＯＳ５が固定的にオフされるので、ノードＮ２は入力電圧ＶＩＮに固定される。これにより、出力電圧ＶＯＵＴの低下によりトランジスタＰＭＯＳ５がオン状態に維持されても、キャパシタＣ１の端子間に電圧差が生じないので、地絡発生時にキャパシタＣ１が充電されることを回避できる。
【００９３】
従って、出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ付近まで低下した場合には、スイッチ駆動回路１１からノードＮ３にＬレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）が固定的に出力されたトランジスタＰＭＯＳ５がオンに維持されても、クロック制御回路８１によってトランジスタＰＭＯＳ６がオフに維持される。更に、実施の形態１と同様にトランジスタＰＭＯＳ１３がオフされることにより、入力端子５から出力端子１０への電流経路を、実施の形態１と同様に遮断することができる。更に、ノードＮ２の電圧が固定されることにより、チャージポンプ回路１０４の内部に電流が発生することをさらに確実に防止することができる。
【００９４】
以上説明したように、実施の形態２に係るチャージポンプ回路１０４では、出力端子１０の地絡発生等によって出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ付近まで低下した場合には、クロック制御回路８１〜８３の出力が固定されることにより、昇圧動作を完全に停止させて、過電流の発生を確実に防止することが可能である。
【００９５】
尚、実施の形態２に係るチャージポンプ回路は、実施の形態１の第１の変形例（図６）及び第２の変形例（図７）と組み合わせることも可能である。具体的には、実施の形態１の第１の変形例と組み合わせる場合には、図６の構成において、図８と同様の論理ゲート（ＡＮＤゲート）をスイッチ駆動回路２３の入力側に配置して、クロック信号ＣＬＫ１と出力電圧ＶＯＵＴとの論理積演算を、トランジスタＰＭＯＳ１及びＮＭＯＳ１のゲートに共通に入力する構成とすることができる。
【００９６】
同様に、図７の構成において、図８と同様の論理ゲート（ＡＮＤゲート）をスイッチ駆動回路２１及び２３の各々の入力側に配置して、クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２と出力電圧ＶＯＵＴとの論理積演算を、スイッチ駆動回路２１及び２３に入力する構成とすることができる。
【００９７】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
【００９８】
図９を参照して、実施の形態３に係るチャージポンプ回路１０５は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１（図４）と比較して、出力地絡検出回路５０をさらに備える点で異なる。
【００９９】
図１０は、図９に示された出力地絡検出回路５０の構成例を説明するブロック図である。
【０１００】
図１０を参照して、出力地絡検出回路５０は、電圧比較器５１及びレベルシフタ５５を有する。
【０１０１】
電圧比較器５１は、出力端子１０の出力電圧ＶＯＵＴと、予め定められた地絡判定電圧ＶＲとを比較する。出力端子１０に地絡が発生していない正常時には、出力電圧ＶＯＵＴの下限値は、入力電圧ＶＩＮから寄生ダイオードＤ９（ＰＭＯＳ５）及び寄生ダイオードＤ１０（ＰＭＯＳ６）による順方向の電圧降下量の和であるＶｆだけ低い電圧（ＶＩＮ−Ｖｆ）である。従って、出力電圧ＶＯＵＴが電圧（ＶＩＮ−Ｖｆ）よりも低下したときに、出力端子１０に地絡が発生したことを検出できる。即ち、地絡判定電圧ＶＲは、電圧（ＶＩＮ−Ｖｆ）に対応させて定めることができる。
【０１０２】
電圧比較器５１は、入力電圧ＶＩＮ及び接地電圧ＧＮＤを受けて動作する。従って、電圧比較器５１の出力電圧は、ＶＯＵＴ＞ＶＲのときは入力電圧ＶＩＮ（Ｈレベル）となり、ＶＯＵＴ＜ＶＲのときは接地電圧ＧＮＤ（Ｌレベル）となる。
【０１０３】
レベルシフタ５５は、電圧比較器５１の出力電圧をレベル変換して、電圧信号Ｖｄｅｔを出力する。レベルシフタ５５は、電圧比較器５１の出力がＨレベルであるときには、電圧信号Ｖｄｅｔを、出力端子１０の出力電圧ＶＯＵＴに設定する。一方で、レベルシフタ５５は、電圧比較器５１の出力がＬレベルであるときには、電圧信号Ｖｄｅｔを接地電圧ＧＮＤに設定する。
【０１０４】
従って、出力地絡検出回路５０は、出力端子１０が地絡していない正常時、即ち、ＶＯＵＴ＞ＶＲのときには、電圧信号Ｖｄｅｔ＝ＶＯＵＴに設定する一方で、出力端子１０の地絡発生時、即ち、ＶＯＵＴ＜ＶＲのときには、電圧信号Ｖｄｅｔ＝ＧＮＤに設定する。
【０１０５】
再び図９を参照して、出力地絡検出回路５０からの電圧信号Ｖｄｅｔは、スイッチ駆動回路３０のトランジスタＰＭＯＳ１４及びＮＭＯＳ１１のゲート、並びに、スイッチ駆動回路２１のトランジスタＰＭＯＳ１１のゲートに入力される。実施の形態３に係るチャージポンプ回路１０５のその他の部分の構成は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１００（図４）と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【０１０６】
実施の形態１で説明したように、地絡発生により出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ付近まで低下すると、スイッチ駆動回路３０においてトランジスタＰＭＯＳ１４がオンすることで、トランジスタＰＭＯＳ１３がオフされるとともに、スイッチ駆動回路２１においてトランジスタＰＭＯＳ１１がオンされることにより、トランジスタＰＭＯＳ６がオフされることによって、入力端子５から出力端子１０への電流経路を遮断することができる。
【０１０７】
一方で、実施の形態１（図４）の構成では、出力端子１０での地絡による出力電圧ＶＯＵＴの低下量が小さく、出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ付近まで低下しない場合には、トランジスタＰＭＯＳ１４及びＰＭＯＳ１１をオンできないことによって、過電流防止機能が発揮されない虞がある。
【０１０８】
これに対して、実施の形態３に係るチャージポンプ回路１０５では、出力電圧ＶＯＵＴが地絡判定電圧ＶＲよりも低下すると、出力地絡検出回路５０からの電圧信号Ｖｄｅｔが接地電圧ＧＮＤに設定されるので、トランジスタＰＭＯＳ１４及びＰＭＯＳ１１が確実にオンされる.この結果、トランジスタＰＭＯＳ６及びトランジスタＰＭＯＳ１３の確実なオフにより、入力端子５から出力端子１０への電流経路を遮断することができる。すなわち、出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ付近まで低下しない場合にも、実施の形態１で説明した過電流防止機能が発揮される。
【０１０９】
又、出力端子１０に地絡が発生していない正常時には、電圧信号Ｖｄｅｔ＝ＶＯＵＴとされて、トランジスタＰＭＯＳ１４及びＰＭＯＳ１１には出力電圧ＶＯＵＴが入力されるので、チャージポンプ回路１０５の回路動作は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１００と同様であり、出力電圧ＶＯＵＴを入力電圧ＶＩＮの２倍とする昇圧動作を、実施の形態１と同様に実行することができる。
【０１１０】
尚、実施の形態３に係るチャージポンプ回路は、実施の形態１の第１の変形例（図６）及び第２の変形例（図７）と組み合わせることも可能である。具体的には、実施の形態１の第１の変形例と組み合わせる場合には、図６の構成において、図９と同様の出力地絡検出回路５０を配置するとともに、出力地絡検出回路５０からの電圧信号Ｖｄｅｔを、スイッチ駆動回路３０のトランジスタＰＭＯＳ１４及びＮＭＯＳ１４のゲート、並びに、スイッチ駆動回路２３のトランジスタＰＭＯＳ１５のゲートに共通に入力する構成とすることができる。
【０１１１】
同様に、図７の構成においては、図９と同様の出力地絡検出回路５０を配置するとともに、出力地絡検出回路５０からの電圧信号Ｖｄｅｔを、スイッチ駆動回路３０のトランジスタＰＭＯＳ１４及びＮＭＯＳ１４のゲート、スイッチ駆動回路２３のトランジスタＰＭＯＳ１５のゲート、並びに、スイッチ駆動回路２１のトランジスタＰＭＯＳ１１のゲートに共通に入力する構成とすることができる。
【０１１２】
或いは、図１１に示すように、実施の形態２及び実施の形態３を組み合わせてチャージポンプ回路を構成することも可能である。図１１に示されたチャージポンプ回路１０６では、図８の構成において、図９と同様の出力地絡検出回路５０が追加配置される。更に、スイッチ駆動回路３０への入力、スイッチ駆動回路２１のトランジスタＰＭＯＳ１１のゲートへの入力、及び、クロック制御回路８１〜８３への入力について、出力電圧ＶＯＵＴを出力地絡検出回路５０からの電圧信号Ｖｄｅｔに置換することで、実施の形態２及び３による効果の両方を享受することが可能となる。
【０１１３】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、昇圧比（ＶＯＵＴ／ＶＩＮ）が２であるチャージポンプ回路における、出力端子１０での地絡発生時における過電流防止機能について説明したが、昇圧比が異なるチャージポンプ回路に対しても、同様の過電流防止機能を適用することができる。実施の形態４では、一例として、昇圧比（ＶＯＵＴ／ＶＩＮ）が３であるチャージポンプ回路における過電流防止機能の追加について説明する。
【０１１４】
図１２は、実施の形態４に係るチャージポンプ回路の構成例を説明する回路図である。
図１２を参照して、実施の形態４に係るチャージポンプ回路１０７は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１（図４）と比較して、スイッチ素子としてのトランジスタＰＭＯＳ１８と、トランジスタＰＭＯＳ１８のオンオフを制御するスイッチ駆動回路２５と、キャパシタＣ２と、インバータ３２と、インバータ駆動回路２６及び２７をさらに備える。
【０１１５】
トランジスタＰＭＯＳ１８は、入力端子５と接続されたノードＮｐ０と、トランジスタＰＭＯＳ５との間に接続される。即ち、図１２の構成では、入力端子５及び出力端子１０の間に直列接続された、トランジスタＰＭＯＳ５、ＰＭＯＳ６、及び、ＰＭＰＯＳ１８が、「複数のスイッチ素子」を構成する「第１のＰ型トランジスタ」の一実施例に相当する。
【０１１６】
トランジスタＰＭＯＳ５及びＰＭＯＳ１８の接続点に相当するノードＮｐ３と、ノードＮ８との間には、キャパシタＣ２が接続される。ノードＮ８の電圧は、インバータ３２によって制御される。
【０１１７】
スイッチ駆動回路２５は、ノードＮｐ２及び接地ノードＮｇの間にノードＮ６を介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ１９及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ１２を有する。トランジスタＰＭＯＳ１９及びＮＭＯＳ１２のゲートには、クロック信号ＣＬＫ５が共通に入力される。スイッチ駆動回路２５は、出力電圧ＶＯＵＴ及び接地電圧ＧＮＤを電源として、クロック信号ＣＬＫ５を入力とするインバータを構成している。トランジスタＰＭＯＳ１９及びＮＭＯＳ１２は、バックゲートをノードＮｐ２及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１２に示した極性の寄生ダイオードＤ２９及びＤ３０を有する。
【０１１８】
インバータ３２は、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及び接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）の間にノードＮ８を介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ２２及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ１４を有する。ノードＮ８は、キャパシタＣ２を経由して、ノードＮｐ３と接続される。
【０１１９】
トランジスタＰＭＯＳ２２のゲートは、クロック信号ＣＬＫ６を入力されるインバータ駆動回路２６の出力ノードと接続される。トランジスタＮＭＯＳ１４のゲートは、クロック信号ＣＬＫ７を入力されるインバータ駆動回路２７の出力ノードと接続される。トランジスタＰＭＯＳ２２及びＮＭＯＳ１４は、バックゲートをノードＮｐ０及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１２に示した極性の寄生ダイオードＤ３６及びＤ３７を有する。
【０１２０】
インバータ駆動回路２６は、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及び接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）の間に、トランジスタＰＭＯＳ２２のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ２０及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ１５を有する。トランジスタＰＭＯＳ２０及びＮＭＯＳ１５のゲートには、クロック信号ＣＬＫ６が共通に入力される。
【０１２１】
同様に、インバータ駆動回路２７は、ノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）及び接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）の間に、トランジスタＮＭＯＳ１４のゲートと接続される出力ノードを介して直列接続された、Ｐ型のトランジスタＰＭＯＳ２１及びＮ型のトランジスタＮＭＯＳ１３を有する。トランジスタＰＭＯＳ２１及びＮＭＯＳ１３のゲートには、クロック信号ＣＬＫ７が共通に入力される。
【０１２２】
インバータ駆動回路２６，２７は、入力電圧ＶＩＮ及び接地電圧ＧＮＤを電源として、クロック信号ＣＬＫ６，ＣＬＫ７を入力とするインバータを構成している。トランジスタＰＭＯＳ２０及びＮＭＯＳ１５は、バックゲートをノードＮｐ０及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１２に示した極性の寄生ダイオードＤ３１及びＤ３２を有する。同様に、トランジスタＰＭＯＳ２１及びＮＭＯＳ１３は、バックゲートをノードＮｐ０及び接地ノードＮｇとそれぞれ接続することにより、図１２に示した極性の寄生ダイオードＤ３３及びＤ３４を有する。
【０１２３】
実施の形態４に係るチャージポンプ回路１０７の上記以外の部分の構成は、実施の形態１に係るチャージポンプ回路１０１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。即ち、図４と同様に、複数のスイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ５，ＰＭＯＳ６、及び、ＰＭＰＯＳ１８のうちの、トランジスタＰＭＯＳ６に対して、「バックゲート切断スイッチ」を構成する「第２のＰ型トランジスタ」に相当するトランジスタＰＭＯＳ１３が配置されている。実施の形態１と同様に、通常の昇圧動作時には、トランジスタＰＭＯＳ１３がオフされている。又、チャージポンプ回路１０７では、インバータ駆動回路１３及び１４とインバータ２０とによる「電圧選択回路」に加えて、インバータ駆動回路２６及び２７とインバータ３２とによっても「電圧選択回路」の一実施例が構成される。
【０１２４】
図１３は、チャージポンプ回路１０７に入力されるクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ７の波形図である。
【０１２５】
図１３を参照して、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４は図２と同様であり、基準クロックＣＬＫａに基づくクロック信号ＣＬＫ１と、基準クロックＣＬＫｂに基づくクロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ４とは、互いに逆相である。
【０１２６】
上述のように、実施の形態４では、クロック信号ＣＬＫ５〜ＣＬＫ７が追加される。クロック信号ＣＬＫ５は、クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ４と同相であり、クロック信号ＣＬＫ６及びＣＬＫ７は、クロック信号ＣＬＫ１と同相である。クロック信号ＣＬＫ５〜ＣＬＫ７についても、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ４と同様に、デッドタイムが適宜設けられる。
【０１２７】
図１４には、チャージポンプ回路１０７の昇圧動作を説明する図表が示される。チャージポンプ回路１０７は、相補である基準クロックＣＬＫａ及びＣＬＫｂに基づくクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ７に従って、図１４に示される状態Ｘ及び状態Ｙを交互に繰り返す。
【０１２８】
図１４及び図１２を参照して、状態Ｘでは、基準クロックＣＬＫｂ（クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ５）がＨレベルである一方で、基準クロックＣＬＫａ（クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ６，ＣＬＫ７）はＬレベルである。従って、スイッチ駆動回路２１及び２５は、ノードＮ４及びＮ６に、Ｌレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）を出力する一方で、スイッチ駆動回路１１は、ノードＮ３にＨレベル電圧（出力電圧ＶＯＵＴ）を出力する。この結果、複数のスイッチ素子については、トランジスタＰＭＯＳ１８及びＰＭＯＳ６がオンする一方で、トランジスタＰＭＯＳ５がオフする。
【０１２９】
一方、インバータ駆動回路２６及び２７がＨレベル電圧（入力電圧ＶＩＮ）を出力するため、インバータ３２は、トランジスタＮＭＯＳ１４のオンにより、ノードＮ８を接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）と接続する。これに対して、インバータ駆動回路１３及び１４がＬレベル電圧（入力電圧ＶＩＮ）を出力するため、インバータ２０は、トランジスタＰＭＯＳ７のオンにより、ノードＮ２をノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）と接続する。
【０１３０】
従って、状態Ｘでは、ノードＮｐ３は、入力端子５（入力電圧ＶＩＮ）と接続される一方で、出力端子１０及びノードＮｐ１からは切り離される。更に、キャパシタＣ１は、ノードＮｐ３及び接地ノードＮｇの間に接続されることにより、入力電圧ＶＩＮにより充電される。従って、キャパシタ電圧Ｖ（Ｃ１）＝ＶＩＮとなる。又、キャパシタＣ２は、トランジスタＰＭＯＳ６により出力端子１０と接続されたノードＮｐ１と、ノードＮｐ０との間に接続される。従って、当該時点でのキャパシタＣ１の電圧Ｖ（Ｃ２）を用いて、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ＋Ｖ（Ｃ２）と示される。
【０１３１】
これに対して、状態Ｙでは、基準クロックＣＬＫｂ（クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫ５）がＬレベルである一方で、基準クロックＣＬＫａ（クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ６，ＣＬＫ７）はＨレベルである。従って、スイッチ駆動回路２１及び２５は、ノードＮ４及びＮ６に、Ｈレベル（出力電圧ＶＯＵＴ）を出力する一方で、スイッチ駆動回路１１は、ノードＮ３にＬレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）を出力する。この結果、複数のスイッチ素子については、トランジスタＰＭＯＳ１８及びＰＭＯＳ６がオフする一方で、トランジスタＰＭＯＳ５がオンする。
【０１３２】
一方、インバータ駆動回路２６及び２７がＬレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）を出力するため、インバータ３２は、トランジスタＰＭＯＳ２２のオンにより、ノードＮ８をノードＮｐ０（入力電圧ＶＩＮ）と接続する。これに対して、インバータ駆動回路１３及び１４がＨレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）を出力するため、インバータ２０は、トランジスタＮＭＯＳ５のオンにより、ノードＮ２を接地ノードＮｇ（接地電圧ＧＮＤ）と接続する。
【０１３３】
状態Ｙでは、トランジスタＰＭＯＳ５によって接続されたノードＮｐ１及びＮｐ３が、入力端子５（入力電圧ＶＩＮ）及び出力端子１０（出力電圧ＶＯＵＴ）からそれぞれ切り離される。更に、キャパシタＣ１は、ノードＮｐ０（入力端子５）及びノードＮｐ３の間に接続される。従って、ノードＮｐ３の電圧はＶＩＮ＋Ｖ（Ｃ１）となる。直前の状態Ｘにおいて、Ｖ（Ｃ１）＝ＶＩＮに充電されているので、ノードＮｐ３の電圧は、入力電圧ＶＩＮの２倍となる。
【０１３４】
一方で、キャパシタＣ２は、ノードＮｐ１及び接地ノードＮｇの間に接続されることにより、ノードＮｐ３と同等の電圧に充電される。従って、状態Ｙでは、Ｖ（Ｃ２）＝Ｖ（Ｃ１）＝２・ＶＩＮとなる。
【０１３５】
次に、再び状態Ｘとなると、キャパシタＣ１が入力電圧ＶＩＮに充電されるとともに、出力電圧ＶＯＵＴは、入力電圧ＶＩＮと、当該時点でのキャパシタＣ２の電圧Ｖ（Ｃ２）の和となる。直前の状態Ｙで、Ｖ（Ｃ２）＝２・ＶＩＮに充電されているので、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ＋Ｖ（Ｃ２）＝３・ＶＩＮであり、昇圧比（ＶＯＵＴ／ＶＩＮ）は３となることが理解される。
【０１３６】
このように、実施の形態４に係るチャージポンプ回路１０７は、相補の基準クロックＣＬＫａ，ＣＬＫｂに基づくクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ７に従って上述の状態Ｘ及び状態Ｙを交互に繰り返すことによって、入力電圧ＶＩＮの３倍の出力電圧ＶＯＵＴを出力する昇圧動作を実行することができる。
【０１３７】
実施の形態４に係るチャージポンプ回路１０７において、出力端子１０が地絡して、出力電圧ＶＯＵＴが接地電圧ＧＮＤ電圧近傍まで低下すると、実施の形態１と同様に、スイッチ駆動回路３０の出力（ノードＮ５）がＬレベル電圧（接地電圧ＧＮＤ）からＨレベル電圧（入力電圧ＶＩＮ）に変化する。これにより、正常時にはオンしていたトランジスタＰＭＯＳ１３が、出力端子１０（低下した出力電圧ＶＯＵＴ）に対するノードＮ５（ＰＭＯＳ１５のゲート）の電圧差によってオフされる。
【０１３８】
一方、スイッチ駆動回路２１では、出力電圧ＶＯＵＴの低下に伴うトランジスタＰＭＯＳ１１のオンにより、スイッチ駆動回路２１は、クロック信号ＣＬＫ２のＬレベル期間において、入力電圧ＶＩＮをノードＮ４に出力できる。これにより、トランジスタＰＭＯＳ６のオフ期間を設けることができる。又、実施の形態１と同様に、トランジスタＰＭＯＳ６のボディ（バックゲート）を経由した電流経路は、「バックゲート切断スイッチ素子」であるトランジスタＰＭＯＳ１３の寄生ダイオードＤ２３による逆電圧阻止によって遮断されている。
【０１３９】
この結果、実施の形態４に係るチャージポンプ回路１０７においても、出力端子１０の地絡発生等による出力電圧ＶＯＵＴの低下時には、スイッチ駆動回路３０及びトランジスタＰＭＯＳ１３が配置されたトランジスタＰＭＯＳ６によって、入力端子５から出力端子１０への継続的な電流経路の形成を回避できる。この結果、昇圧比が３であるチャージポンプ回路１０７においても、出力端子１０の地絡発生時における過電流の発生を防止することができる。
【０１４０】
尚、実施の形態４に係るチャージポンプ回路１０７においても、実施の形態１の第１及び第２の変形例で説明したように、複数のスイッチ素子であるトランジスタＰＭＯＳ１８、ＰＭＯＳ５、及び、ＰＭＯＳ６のうちの少なくとも１つに対して、スイッチ駆動回路２１のように、出力電圧ＶＯＵＴの低下時に入力電圧ＶＩＮをインバータ電源とするように構成されたスイッチ駆動回路（即ち、「第１のスイッチ駆動回路」）、並びに、「バックゲート切断スイッチ素子」となるトランジスタ（図１２でのＰＭＯＳ１３）及びその駆動回路（スイッチ駆動回路３０）を配置することが可能である。
【０１４１】
又、実施の形態４に係るチャージポンプ回路１０７において、図８でのクロック制御回路８１〜８３、及び、図９での出力地絡検出回路５０の少なくとも一方を組み合わせて、実施の形態２及び３と同様に制御することも可能である。
【０１４２】
更に、実施の形態４では、昇圧比が３のチャージポンプ回路を説明したが、昇圧比をさらに高くしたチャージポンプ回路に対しても、本実施の形態１〜３は同様に適用可能である。このようなチャージポンプ回路に対しても、入力端子５及び出力端子１０の間に直列接続される複数のスイッチ素子のうちの少なくとも１つに対して、上述の「第１のスイッチ駆動回路」並びに「バックゲート切断スイッチ素子」及び「バックゲート切断スイッチ駆動回路」を配置することによって、地絡発生等による出力電圧ＶＯＵＴの低下時における過電流の発生を防止することが可能である。
【０１４３】
上述した実施の形態１〜４に係るチャージポンプ回路１０１〜１０７は、半導体装置に適用することが可能である。例えば、図１５に示されるように、半導体装置２００は、電源回路２０２と、半導体素子２１５を含む半導体回路２１０と、実施の形態１〜４のいずれかに係るチャージポンプ回路とを備える。半導体素子２１５は、代表的には、トランジスタ又はダイオードによって構成される。電源回路２０２は、半導体装置２００に対して外部から供給される電源電圧Ｖｐから安定的な電圧ＶＤＤを発生することができる。チャージポンプ回路１０１〜１０７は、電源回路２０２からの電圧ＶＤＤを上記入力電圧ＶＩＮとして昇圧動作を実行することにより、出力電圧ＶＯＵＴとしての昇圧電圧ＶＢＢを出力する。電圧ＶＤＤ及び電圧ＶＢＢの両方が半導体回路２１０に電源電圧として供給されることにより、半導体素子２１５は、チャージポンプ回路１０１〜１０７の出力電圧である昇圧電圧ＶＢＢを受けて動作することができる。
【０１４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４５】
５  入力端子、１０  出力端子、１１，１２，２１，２３，２５，３０  スイッチ駆動回路、１３，１４，２６，２７  インバータ駆動回路、２０，３２  インバータ、５０  出力地絡検出回路、５１  電圧比較器、５５  レベルシフタ、６０  Ｐ型基板、６１，７１  Ｎウェル、６２，６３，７２，７３  Ｐ＋領域、６４，７４  ゲート、６５，７５  Ｎ＋領域、８１〜８４  クロック制御回路、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７  チャージポンプ回路、２００  半導体装置、２０２  電源回路、２１０  半導体回路、２１５  半導体素子、Ｃ１，Ｃ２  キャパシタ、ＣＬＫ１〜ＣＬＫ７  クロック信号、ＣＬＫａ，ＣＬＫｂ  基準クロック、Ｄ１〜Ｄ１２，Ｄ２１〜Ｄ３７  寄生ダイオード、ＧＮＤ，ＶＩＮ  接地電圧、Ｎ２〜Ｎ６，Ｎ８，Ｎｐ０〜Ｎｐ３，Ｎｓ  ノード、ＮＭＯＳ１〜ＮＭＯＳ５，ＮＭＯＳ１１〜ＮＭＯＳ２２  Ｎチャネル型トランジスタ、ＰＭＯＳ１〜ＰＭＯＳ７，ＰＭＯＳ１１〜ＰＭＯＳ２２  Ｐチャネル型トランジスタ、Ｎｇ  接地ノード、ＶＢＢ，ＶＤＤ  電圧、ＶＢＢ  昇圧電圧、ＶＩＮ  入力電圧、ＶＯＵＴ  出力電圧、ＶＲ  地絡判定電圧、Ｖｄｅｔ  電圧信号（出力地絡検出回路）。
【図１】
2020136820.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020136820.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2020136820.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年2月9日(2021.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を昇圧した出力電圧を発生するチャージポンプ回路であって、
前記入力電圧が入力される入力端子と、
前記出力電圧を出力する出力端子と、
前記入力端子及び前記出力端子の間に直列に接続され、複数のスイッチ素子をそれぞれ構成する複数の第１のＰ型トランジスタと、
前記複数のスイッチ素子のうちの隣接する２個のスイッチ素子の各接続点に接続されたキャパシタと、
前記複数の第１のＰ型トランジスタのうちの少なくとも１つの第１のＰ型トランジスタにおいて、バックゲートと、当該第１のＰ型トランジスタの２個の主電極のうちの前記出力端子側の主電極との間に接続されたバックゲート切断スイッチ素子と、
前記出力電圧の低下時に前記バックゲート切断スイッチ素子をオンからオフに変化させるバックゲート切断スイッチ駆動回路とを備え、
前記バックゲート切断スイッチ素子を構成する第２のＰ型トランジスタは、当該第２のＰ型トランジスタの寄生ダイオードが、接続先の前記第１のＰ型トランジスタの寄生ダイオードに対して、逆の極性を有し、かつ、直列接続される様に構成され、
前記出力電圧が低下したときに、前記バックゲート切断スイッチ素子が接続された前記少なくとも１つの第１のＰ型トランジスタの制御電極には、前記出力電圧に代えて前記入力電圧が入力される、チャージポンプ回路。
【請求項２】
前記キャパシタは、前記接続点に接続された第１の端子と、前記第１の端子に対向する第２の端子とを有し、
前記チャージポンプ回路は、
前記チャージポンプ回路の昇圧動作状態において、互いに相補の第１及び第２のクロックの一方のクロックに従って、前記複数の第１のＰ型トランジスタの各々の前記制御電極に対して基準電圧及び前記出力電圧の一方を選択的に出力して、前記複数のスイッチ素子のオンオフをそれぞれ制御する複数のスイッチ駆動回路と、
前記第１又は第２のクロックに従って、前記キャパシタの前記第２の端子に、前記基準電圧及び前記入力電圧の一方を選択的に出力する電圧選択回路とを更に備え、
前記複数のスイッチ駆動回路のうちの、前記バックゲート切断スイッチ素子が接続された前記少なくとも１つの第１のＰ型トランジスタに対応する、少なくとも１つの第１のスイッチ駆動回路は、前記出力電圧が低下したときに、前記出力電圧に代えて前記入力電圧を当該第１のＰ型トランジスタにおける前記制御電極に対して選択的に出力する、請求項１記載のチャージポンプ回路。
【請求項３】
前記第１のスイッチ駆動回路は、
電源ノードと前記基準電圧を伝達する基準電圧ノードとの間に接続されて、前記第１又は第２のクロックに応じて、対応するスイッチ素子を構成する前記第１のＰ型トランジスタの前記制御電極と接続される出力ノードに対して、前記電源ノード及び前記基準電圧ノードの一方を選択的に接続する信号伝達回路と、
前記電源ノードと、前記入力端子及び前記出力端子との間に接続されて、前記出力電圧の低下時には前記入力端子と前記電源ノードとを接続する一方で、前記出力電圧の非低下時には前記出力端子と前記電源ノードとを接続する電圧切換回路とを含む、請求項２記載のチャージポンプ回路。
【請求項４】
前記バックゲート切断スイッチ素子は、前記複数のスイッチ素子のうちの２個以上のスイッチ素子の各々に対して接続され、
各前記バックゲート切断スイッチ素子は、共通の前記バックゲート切断スイッチ駆動回路からの出力電圧が前記第２のＰ型トランジスタの前記制御電極に供給されることによって、前記出力電圧の低下時にオンからオフに変化する、請求項２又は３に記載のチャージポンプ回路。
【請求項５】
各前記第１のスイッチ駆動回路に対応して設けられた第１のクロック制御回路と、
前記電圧選択回路に対応して設けられた第２のクロック制御回路とをさらに備え、
前記第１のクロック制御回路は、前記出力電圧が低下したときに、前記第１のＰ型トランジスタの前記制御電極に対して前記入力電圧が固定的に出力されるように、前記一方のクロックを加工して前記第１のスイッチ駆動回路へ入力し、
前記第２のクロック制御回路は、前記出力電圧が低下したときに、前記キャパシタの前記第２の端子に対して前記基準電圧及び前記入力電圧の一方が固定的に出力されるように、前記第１又は第２のクロックを加工して前記電圧選択回路へ入力する、請求項２〜４のいずれか１項に記載のチャージポンプ回路。
【請求項６】
前記出力電圧に基づいて前記出力端子に地絡が発生したことを検出する出力地絡検出回路をさらに備え、
前記バックゲート切断スイッチ駆動回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記バックゲート切断スイッチ素子をオンからオフに変化させ、
前記第１のスイッチ駆動回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記出力電圧に代えて前記入力電圧を前記第１のＰ型トランジスタの前記制御電極に対して選択的に出力するように構成される、請求項２〜４のいずれか１項に記載のチャージポンプ回路。
【請求項７】
各前記第１のスイッチ駆動回路に対応して設けられた第１のクロック制御回路と、
前記電圧選択回路に対応して設けられた第２のクロック制御回路とをさらに備え、
前記第１のクロック制御回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記第１のＰ型トランジスタの前記制御電極に対して前記入力電圧が固定的に出力されるように、前記一方のクロックを加工して前記第１のスイッチ駆動回路へ入力し、
前記第２のクロック制御回路は、前記出力地絡検出回路による前記地絡の検出に応じて、前記キャパシタの前記第２の端子に対して前記基準電圧及び前記入力電圧の一方が固定的に出力されるように、前記第１又は第２のクロックを加工して前記電圧選択回路へ入力する、請求項６記載のチャージポンプ回路。
【請求項８】
前記出力地絡検出回路は、前記出力電圧が短絡判定電圧よりも低下すると前記出力端子に前記地絡が発生したことを検出する一方で、前記地絡の非検出時には前記出力電圧を出力し、
前記短絡判定電圧は、前記入力電圧から、前記複数のスイッチ素子を構成する前記第１のＰ型トランジスタの前記寄生ダイオードによる順方向電圧降下量の和を減算した電圧に対応させて予め定められる、請求項６又は７に記載のチャージポンプ回路。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載されたチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路の前記出力電圧を受けて動作する半導体素子とを備える、半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
トランジスタＰＭＯＳ１３において、Ｐ＋領域７３はノードＮｐ２（即ち、トランジスタＰＭＯＳ６のＰ＋領域６３）と接続され、ゲート７４は、スイッチ駆動回路３０の出力を受けるノードＮ５と接続される。Ｐ＋領域７２は、Ｎ＋領域７５及びトランジスタＰＭＯＳ６のＮ＋領域６５と接続される。この結果、トランジスタＰＭＯＳ１３では、出力端子１０と接続されるＰ＋領域７３と、Ｎウェル７１とのＰＮ接合によって寄生ダイオードが形成される。同様に、トランジスタＰＭＯＳ１３では、ノードＮｐ１と接続されるＰ＋領域６２と、Ｎウェル６１とのＰＮ接合によって寄生ダイオードが形成される。又、ＰＭＯＳ６及びＰＭＯＳ１３のボディ（バックゲート）同士は電気的に接続される。即ち、「第２のＰ型トランジスタ」の一実施例であるトランジスタＰＭＯＳ１３において、Ｐ＋領域７２は「第１の主電極」の一実施例に対応し、Ｐ＋領域７３は「第２の主電極」の一実施例に対応し、Ｎ＋領域７５は「バックゲート」の一実施例に対応する。
【国際調査報告】
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