(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の容量素子の第１端子には、出力端子との接続と遮断を行う第1のスイッチと、電源端子との接続と遮断を行う第２のスイッチと、第２の容量素子の第２端子との接続と遮断を行う第３のスイッチと、が接続され、
前記第１の容量素子の第２端子には、グラウンド端子との接続と遮断を行う第４のスイッチが接続され、
前記第２の容量素子の第１端子には、前記出力端子との接続と遮断を行う第５のスイッチと、前記電源端子との接続と遮断を行う第６のスイッチと、前記第１の容量素子の第２端子との接続と遮断を行う第７のスイッチと、が接続され、
前記第２の容量素子の第２端子には、グラウンド端子との接続と遮断を行う第８のスイッチが接続されたことを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】
電源端子と、出力端子と、グラウンド端子と、第１の容量素子と、第２の容量素子とを備え、
前記電源端子が前記第１の容量素子の第１端子に接続され、前記第１の容量素子の第２端子が前記出力端子と前記第２の容量素子の第１端子とに接続され、前記第２の容量素子の第２端子がグラウンドに接続された第１の状態と、
前記電源端子が前記第２の容量素子の第１端子に接続され、前記第２の容量素子の第２端子が前記出力端子と前記第１の容量素子の第１端子とに接続され、前記第１の容量素子の第２端子がグラウンドに接続された第２の状態と、
を繰り返すことで、前記電源端子の電圧を降圧して前記出力端子から出力することを特徴とするチャージポンプ回路
【請求項３】
電源端子と、出力端子と、グラウンド端子と、第１の容量素子と、第２の容量素子とを備え、
前記出力端子が前記第１の容量素子の第１端子に接続され、前記第１の容量素子の第２端子が電源端子と前記第２の容量素子の第１端子とに接続され、前記第２の容量素子の第２端子がグラウンドに接続された第１の状態と、
前記出力端子が前記第２の容量素子の第１端子に接続され、前記第２の容量素子の第２端子が電源端子と前記第１の容量素子の第１端子とに接続され、前記第１の容量素子の第２端子がグラウンドに接続された第２の状態と、
を繰り返すことで、電源端子の電圧を昇圧して出力端子から出力することを特徴とするチャージポンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源電圧を昇圧もしくは降圧するためのチャージポンプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のチャージポンプ回路の構成図である。第１の容量素子Ｃ１の片方の端子は出力端子であるＶout ３に接続さており、第２の容量素子Ｃ２は、ＳＷ１とＳＷ３が接続されると同時にＳＷ２とＳＷ４が遮断されると、第１の容量素子Ｃ１と直列に接続されて電源端子であるＶcc２により充電され、ＳＷ１とＳＷ３が遮断されると同時にＳＷ２とＳＷ４が接続されると、第１の容量素子Ｃ1と並列に接続されて出力端子であるＶout ３から電源電圧の１／２に相当する電圧を出力する。なお、以上のＳＷ１からＳＷ４は、消費電力を低減する意味からＭＯＳトランジスタを使用することが多い。
【０００３】
図４に示した従来のチャージポンプ回路の動作を図５を用いて説明する。図５（ａ）では第１の容量素子Ｃ１と第２の容量素子Ｃ２が直列に接続されて、電源端子であるＶcc２により充電されている。図５（ｂ）では、第１の容量素子Ｃ１と第２の容量素子Ｃ２が並列に接続されている。これらの図５（ａ）と図５（ｂ）の状態を繰り返すことにより、電源電圧の１／２に相当する電圧を出力端子であるＶout ３から出力する。
【０００４】
なお、図４及び図５において、電源端子Ｖout ３と出力端子Ｖcc２とを入れかえた上で、容量素子であるＣ１及びＣ２の直列と並列の接続を繰り返すと、電源電圧の２倍の出力電圧を出力することもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のチャージポンプ回路は、２つの容量素子を直列接続した状態と、並列接続した状態との、２つの異なる状態を繰り返すことにより電源電圧を降圧または昇圧して出力する。
【０００６】
図４のＣ２がＣ１と並列の場合にはスイッチＳＷ２とＳＷ４が導通しており、一方、Ｃ２がＣ１と直列の場合にはスイッチはＳＷ１とＳＷ３導通しているである。ここで、電源電圧を降圧して出力する場合、以下のような課題がある。スイッチにＭＯＳトランジスタを使用した場合、ＳＷ２とＳＷ３が同じ極性のトランジスタであればオン抵抗を等しくすることは容易である。しかし、ＳＷ１は電源端子Ｖcc２に直接接続されているからＰｃｈＭＯＳトランジスタとなり、ＳＷ４はグラウンドGND１に直接接続されているからＮｃｈＭＯＳトランジスタとならざるを得ず、ＳＷ１とＳＷ４は極性の異なるトランジスタとなる。ＳＷ１とＳＷ４のオン抵抗を等しくすることは簡単ではなく、どちらか一方のトランジスタの閾値電圧または移動度が変動するだけでＳＷ１とＳＷ４のオン抵抗は大きく異なってしまう。従って、ＳＷ２とＳＷ４のオン抵抗の合計と、ＳＷ１とＳＷ３のオン抵抗の合計が異なることが多く、Ｖout ３からの出力電圧が並列時と直列時とで差が生じることとなり、出力電圧のリップル電圧が大きくなる場合が多い。以上のように２個の容量を並列と直列に切り替えて降圧するチャージポンプ回路においては、各スイッチの両端の電圧やオンオフを制御する電圧とスイッチ両端との電圧の差や、更にはトランジスタの極性が各スイッチごとに異なっており、異なるスイッチ２個ずつの和を等しくするのは困難である。
【０００７】
次に、電源電圧を昇圧して出力する場合、以下のような課題がある。昇圧する場合には、Ｃ１とＣ２が直列の状態でのみ電圧が出力され、Ｃ１とＣ２が並列の状態では出力されない。したがって、Ｃ１とＣ２の他にもう１個の容量素子が出力端子側に必須となる上に、尚且つ、リップル電圧は大きくなり易い。
このように、従来のチャージポンプ回路において電源電圧を降圧して出力する場合に、容量素子が直列と並列とに切り替わるために、出力電圧の容量素子とリップル電圧が大きくなり易いという課題があった。
【０００８】
また、従来のチャージポンプ回路において電源電圧を昇圧して出力する場合には、容量素子が直列と並列とに切り替わるために、２個の容量が直列の状態でのみ電圧が出力され、並列の状態では出力されず、電圧出力側にもう１個の容量素子が出力端子側に必須となる上に、リップル電圧が大きくなり易いという課題もあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のチャージポンプ回路においては、電源端子と、出力端子と、グラウンド端子と、第１の容量素子と、第２の容量素子とを備え、電源端子が第１の容量素子の第１の端子に接続され、第１の容量素子の第２の端子が出力端子と第２の容量素子の第１の端子とに接続され、第２の容量素子の第２の端子がグラウンドに接続された第１の状態と、電源端子が第２の容量素子の第１の端子に接続され、第２の容量素子の第２の端子が出力端子と第１の容量素子の第１の端子とに接続され、第１の容量素子の第２の端子がグラウンドに接続された第２の状態と、を繰り返すことで、電源端子の電圧を降圧して出力端子から出力することとした。
【００１０】
また、本発明のチャージポンプ回路においては、電源端子と、出力端子と、グラウンド端子と、第１の容量素子と、第２の容量素子とを備え、出力端子が第１の容量素子の第１の端子に接続され、第１の容量素子の第２の端子が電源端子と第２の容量素子の第１の端子とに接続され、第２の容量素子の第２の端子がグラウンドに接続された第１の状態と、出力端子が第２の容量素子の第１の端子に接続され、第２の容量素子の第２の端子が電源端子と第１の容量素子の第１の端子とに接続され、第１の容量素子の第２の端子がグラウンドに接続された第２の状態と、を繰り返すことで、電源端子の電圧を昇圧して出力端子から出力することとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に本発明のチャージポンプ回路の構成を示す。
【００１２】
第１の容量素子Ｃ１の第１の端子には、出力端子（Ｖout ）３との接続と遮断を行う第１のスイッチＳＷ１１、電源端子（Ｖcc）２との接続と遮断を行う第２のスイッチＳＷ１２、第２の容量素子Ｃ２の第２の端子との接続と遮断を行う第３のスイッチＳＷ１３、がそれぞれ接続されている。また、第１の容量素子Ｃ１の第２の端子にはグラウンド端子（ＧＮＤ）１との接続と遮断を行う第４のスイッチＳＷ１４が接続されている。一方、第２の容量素子Ｃ２の第１の端子には、出力端子（Ｖout ）３との接続と遮断を行う第５のスイッチＳＷ２１、電源端子（Ｖcc）２との接続と遮断を行う第６のスイッチＳＷ２２、第１の容量素子Ｃ１の第２の端子との接続と遮断を行う第７のスイッチＳＷ２３、がそれぞれ接続されている。第２の容量素子Ｃ２の第２の端子には、グラウンド端子（ＧＮＤ）１との接続と遮断を行う第８のスイッチＳＷ２４が接続されている。以上のようなチャージポンプ回路の構成となっていると、例えばグラウンド端子（ＧＮＤ）１と接続及び遮断をおこなう２個のスイッチＳＷ１４とＳＷ２４を同じ極性で等しいサイズのトランジスタとすることが容易である。同様に、電源端子（Ｖcc）２や出力端子（Ｖout ）３についても、端子ごとに接続及び遮断を行うトランジスタは等しい極性で等しいサイズのトランジスタとすることが容易である。各端子ごとに各トランジスタの極性とサイズを等しくできることで以降に説明する第１及び第２の実施例に示す動作を非常に容易に行うことが可能となる。
【００１３】
図２は、本発明の第１の実施例を示す動作説明図である。図１で説明した回路構成のチャージポンプの各スイッチを適切に導通および遮断して図２に示すように動作させることで電源電圧の１／２の電圧を出力端子（Ｖout ）３から出力することができる。図２（ａ）に示す第１の状態は、電源端子（Ｖcc）２が第１の容量素子Ｃ１の第１の端子に接続され、第１の容量素子Ｃ１の第２の端子が出力端子（Ｖout ）３と第２の容量素子Ｃ２の第１の端子とに接続され、第２の容量素子Ｃ２の第２の端子がグラウンド（ＧＮＤ）１に接続された状態であり、図２（ｂ）に示す第２の状態は、電源端子Ｖcc２が第２の容量素子Ｃ２の第１の端子に接続され、第２の容量素子Ｃ２の第２の端子が出力端子（Ｖout ）３と第１の容量素子Ｃ１の第１の端子に接続され、第１の容量素子Ｃ１の第２の端子がグラウンド（ＧＮＤ）１に接続された状態である。この第１の状態と第２の状態を繰り返すことにより、電源端子（Ｖcc）２の電圧を１／２倍に降圧して出力端子（Ｖout ）３から出力することができる。
【００１４】
上述した第１の実施例は、図１で示したチャージポンプ回路の構成で容易に実現できる。その場合には、図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態を繰り返すことにより降圧した電圧を出力するが、容量素子は並列に接続することはなく直列のままである。従って、図１の説明で述べたように、グラウンド端子１、電源端子２、出力端子３の各々の端子と導通している各々のスイッチは切り替わるが、その極性及びサイズを等しく設定することが容易であるから、図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態とでスイッチのオン抵抗に差がでることが少ない。当然、出力端子（Ｖout ）３からの出力電圧が図２（ａ）と図２（ｂ）の接続により差がでることも少なく、リップル電圧は図４及び図５のような従来のチャージポンプ回路より小さくなる。
【００１５】
図３は、本発明の第２の実施例を示す動作説明図である。図３は、前述した図２とは電源端子（Ｖcc）２と出力端子（Ｖout ）３の位置が逆になっており、また、出力電圧は電源電圧の２倍となる。しかしながら、そのチャージポンプ回路の構成図は図１からの変更は不要である。回路構成は図１のままで、電源端子２と出力端子３にスイッチが導通するタイミングまたは位置を、適切に変更すれば図３のように動作させることは容易である。以下、図３に従い動作を説明する。出力端子（Ｖout ）３が第１の容量素子Ｃ１の第１の端子に接続され、第１の容量素子Ｃ１の第２の端子が電源端子（Ｖcc）２と第２の容量素子Ｃ２の第１の端子とに接続され、第２の容量素子Ｃ２の第２の端子がグラウンド（ＧＮＤ）１に接続された図３（ａ）に示す第１の状態と、出力端子（Ｖout ）３が第２の容量素子Ｃ２の第１の端子に接続され、第２の容量素子Ｃ２の第２の端子が電源端子（Ｖcc）２と第１の容量素子Ｃ１の第１の端子とに接続され、第１の容量素子Ｃ１の第２の端子がグラウンド（ＧＮＤ）１に接続された図３（ｂ）に示す第２の状態と、を繰り返すことで、電源端子（Ｖcc）２の電圧を２倍に昇圧して出力端子（Ｖout ）３から出力することができる。
【００１６】
上述した第２の実施例は図１に示すチャージポンプ回路の構成で容易に実現できる。その場合には、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態を繰り返すことで、昇圧した電圧を出力するが、容量素子は並列に接続することはなく直列のままであるから、出力端子３には常に昇圧された電圧が出力されている。従って、第２の実施例によれば、出力端子側に新たな容量を設けなくても出力電圧のリップル電圧を抑制することが可能となる。従来のチャージポンプにより昇圧する場合には、２個の容量が直列の状態では出力端子に昇圧電圧が出力されるが、並列の状態では出力端子に昇圧電圧は出力されないため、出力電圧に非常に大きなリップル電圧があり、出力端子側に更に１個の容量が必要であった。
【００１７】
以上述べたように、第１及び第２の実施例では２個の容量を直列接続して１／２倍降圧または２倍昇圧をおこなったが、３個以上のＮ個の容量を直接接続して（Ｍ／Ｎ）倍降圧（ＭはＮより小さい自然数。Ｎは３以上の整数）、または（Ｎ／Ｍ）倍昇圧（ＭはＮより小さい自然数。Ｎは３以上の整数）をおこなうことも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、出力電圧のリップルが抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例となるチャージポンプ回路の構成を示す。
【図２】本発明の第１の実施例を示す動作説明図
【図３】本発明の第２の実施例を示す動作説明図
【図４】従来のチャージポンプ回路の構成図
【図５】従来のチャージポンプ回路の動作説明図
【符号の説明】
１      ＧＮＤ（グラウンド端子）
２      Ｖcc（電源端子）
３      Ｖout （出力端子）
Ｃ１    第１の容量素子
Ｃ２    第２の容量素子
ＳＷ１〜２４    スイッチ
【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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