JP2007043892A - Overboosting prevention circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、昇圧クロックに応じて、接地電圧に対して負の出力電圧を発生する昇圧回路の過昇圧を防止する過昇圧防止回路に関する。 The present invention relates to an over-boosting prevention circuit that prevents over-boosting of a boosting circuit that generates a negative output voltage with respect to a ground voltage in accordance with a boosting clock.
従来、電源電圧を何倍かに昇圧する昇圧回路の一種としてチャージポンプ回路が知られている。チャージポンプ回路は例えば携帯用電子機器の電源回路として広く用いられている。一般的なチャージポンプ回路は、複数のスイッチング素子を直列接続して、それらのスイッチング素子の各接続ノードにコンデンサを介して昇圧クロックを供給し、スイッチング素子を通して電荷転送を行うことで入力される電源電圧を昇圧する。 Conventionally, a charge pump circuit is known as a kind of booster circuit that boosts the power supply voltage several times. The charge pump circuit is widely used as a power supply circuit for portable electronic devices, for example. A general charge pump circuit is a power supply input by connecting a plurality of switching elements in series, supplying a boost clock to each connection node of the switching elements via a capacitor, and transferring charges through the switching elements. Boost the voltage.
しかしながら、チャージポンプ回路のスイッチング素子として用いられるトランジスタや、チャージポンプ回路の出力電圧Voutの供給を受ける側の回路を構成しているトランジスタには昇圧の結果、高電圧が印加されることになる。 However, as a result of boosting, a high voltage is applied to the transistors used as switching elements of the charge pump circuit and the transistors constituting the circuit receiving the supply of the output voltage Vout of the charge pump circuit.
例えば、図6(a)に示すようにMOSトランジスタのゲートGに出力電圧Voutが印加され、ソースSに接地電圧Vssが印加されると、ゲートソース間にVoutという高電圧が印加されることになる。また、図6(b)に示すようにMOSトランジスタのドレインDに出力電圧Voutが印加され、ソースSに接地電圧Vssが印加されると、ソースドレイン間にVoutという高電圧が印加されることになる。 For example, as shown in FIG. 6A, when the output voltage Vout is applied to the gate G of the MOS transistor and the ground voltage Vss is applied to the source S, a high voltage Vout is applied between the gate and source. Become. As shown in FIG. 6B, when the output voltage Vout is applied to the drain D of the MOS transistor and the ground voltage Vss is applied to the source S, a high voltage Vout is applied between the source and drain. Become.
そこで、そのようなMOSトランジスタのデバイス構造として高耐圧構造が採用されていた。しかしながら、高耐圧構造のMOSトランジスタはゲート絶縁膜の膜厚が厚いことや、あるいはソースドレインの拡散層の濃度が低いために、電流駆動能力が低いという問題があった。 Therefore, a high breakdown voltage structure has been adopted as the device structure of such a MOS transistor. However, the MOS transistor having a high breakdown voltage structure has a problem that the current drive capability is low because the gate insulating film is thick or the concentration of the source / drain diffusion layer is low.
そこで、MOSトランジスタの耐圧を落として、電流駆動能力を向上させるために、チャージポンプ回路の出力電圧Voutを制限する回路が考えられた。例えば、電源電圧Vdd=4Vを2倍昇圧して8Vを得るとすれば、8Vに耐えるMOSトランジスタが必要となるが、チャージポンプ回路の出力電圧Voutを5.5Vに制限すれば、5V系のMOSトランジスタを使用できるようになり、電流駆動能力の向上及びチップサイズの縮小化を図ることができる。 Therefore, a circuit for limiting the output voltage Vout of the charge pump circuit has been considered in order to reduce the breakdown voltage of the MOS transistor and improve the current driving capability. For example, if the power supply voltage Vdd = 4V is doubled to obtain 8V, a MOS transistor that can withstand 8V is required. However, if the output voltage Vout of the charge pump circuit is limited to 5.5V, a 5V system Since MOS transistors can be used, current drive capability can be improved and chip size can be reduced.
図7はそのような過昇圧防止回路の回路図である。プラス昇圧を行うチャージポンプ回路50の出力電圧Vout(>0V)を抵抗R1,R2で分圧して電圧V0を発生させ、その電圧V0と接地電圧Vss(=0V)を基準とする基準電圧Vrefとを比較器51で比較し、この比較器51の出力によりチャージポンプ回路50への昇圧クロックφの供給を制御する。すなわち、V0<Vrefのときは比較器51の出力はH(ハイ)レベルであり、昇圧クロックφはチャージポンプ回路50へ供給されるのでチャージポンプ回路50は通常動作を行う。V0が上昇してV0>Vrefとなると、比較器51の出力はL(ロウ)レベルとなり、昇圧クロックφのチャージポンプ回路50への供給は停止される。すると、チャージポンプ回路50の昇圧動作は停止する。ここで、V0=Vout×R2/(R1+R2)である。 FIG. 7 is a circuit diagram of such an over-boosting prevention circuit. A voltage V0 is generated by dividing the output voltage Vout (> 0V) of the charge pump circuit 50 that performs positive boosting by resistors R1 and R2, and a reference voltage Vref based on the voltage V0 and the ground voltage Vss (= 0V) Are compared by the comparator 51, and the supply of the boost clock φ to the charge pump circuit 50 is controlled by the output of the comparator 51. That is, when V0 <Vref, the output of the comparator 51 is at the H (high) level, and the boost clock φ is supplied to the charge pump circuit 50, so that the charge pump circuit 50 performs a normal operation. When V0 rises and V0> Vref, the output of the comparator 51 becomes L (low) level, and the supply of the boost clock φ to the charge pump circuit 50 is stopped. Then, the boosting operation of the charge pump circuit 50 is stopped. Here, V0 = Vout × R2 / (R1 + R2).
すなわち、Vout>Vref×(R1+R2)/R2 のときにチャージポンプ回路50の昇圧動作は停止する。 That is, the boosting operation of the charge pump circuit 50 is stopped when Vout> Vref × (R1 + R2) / R2.
一方、マイナス昇圧を行うチャージポンプ回路では、その出力電圧Voutは接地電圧Vss(=0V)以下の負の電圧となる。例えば、電源電圧Vddに基づいてVout=−0.5Vddを発生する回路の場合、図8に示すように、Vddに応じてVoutの値が変動する。つまり、Vddが大きくなればVoutもその絶対値が大きくなり、接地電圧Vssからみると、Vddはプラス方向に、Voutはマイナス方向に大きくなる。 On the other hand, in a charge pump circuit that performs negative boosting, the output voltage Vout is a negative voltage equal to or lower than the ground voltage Vss (= 0 V). For example, in the case of a circuit that generates Vout = −0.5 Vdd based on the power supply voltage Vdd, the value of Vout varies according to Vdd, as shown in FIG. That is, as Vdd increases, the absolute value of Vout also increases. From the viewpoint of the ground voltage Vss, Vdd increases in the positive direction and Vout increases in the negative direction.
チャージポンプ回路のスイッチング素子として用いられるトランジスタや、チャージポンプ回路の出力電圧Voutの供給を受ける側の回路を構成しているトランジスタに印加される最大電圧はVdd−Vout(=1.5Vdd)となり、プラス昇圧の場合のように接地電圧Vssからの絶対値で表すことはできない。例えば、図9に示すように、MOSトランジスタのゲートGにVddが印加され、ドレインDにVoutが印加される場合にはVdd−Vout(=1.5Vdd)という電圧がゲートドレイン間に印加される。
したがって、マイナス昇圧を行うチャージポンプ回路の過昇圧防止回路を提供するにあたって、この回路方式では、比較器に入力される基準電圧は接地電圧Vssを基準とするVrefではなく、チャージポンプ回路の出力電圧Voutを基準とすることが必要となる。すなわち、基準電圧はVref+Voutとなる。 Therefore, in providing an over-boost prevention circuit for a charge pump circuit that performs negative boosting, in this circuit system, the reference voltage input to the comparator is not Vref based on the ground voltage Vss, but the output voltage of the charge pump circuit. It is necessary to use Vout as a reference. That is, the reference voltage is Vref + Vout.
しかしながら、チャージポンプ回路の出力電流が大きくなると、基準電圧(Vref+Vout)はチャージポンプ回路で発生したリップルの影響を受けて、大きく変動してしまう。そのため、過昇圧防止回路が誤動作してしまう。 However, when the output current of the charge pump circuit increases, the reference voltage (Vref + Vout) varies greatly due to the influence of ripples generated in the charge pump circuit. For this reason, the over-boosting prevention circuit malfunctions.
また、この過昇圧防止回路で用いる上記基準電圧(Vref+Vout)の他に、Vss基準の基準電圧Vrefが必要な場合には、基準電圧の共用化ができないため、その基準電圧Vrefを別途作成しなければならないという問題もある。 Further, in addition to the reference voltage (Vref + Vout) used in the over-boost prevention circuit, when a reference voltage Vref based on Vss is required, the reference voltage cannot be shared, so that the reference voltage Vref must be created separately. There is also the problem of having to.
そこで、本発明は接地電圧Vssを基準とする基準電圧Vrefを用いることができる新たな方式の過昇圧防止回路を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a new type over-boost prevention circuit that can use a reference voltage Vref with the ground voltage Vss as a reference.
本発明は、昇圧クロックに応じて、接地電圧に対して負の出力電圧を発生する昇圧回路の過昇圧を防止する過昇圧防止回路において、電源電圧と前記出力電圧の差を分圧して第1の電圧を発生する第1及び第2の抵抗と、前記電源電圧と前記出力電圧の間に直列接続された第3の抵抗及び第1のトランジスタと、前記第3の抵抗及び第1のトランジスタの接続点の第2の電圧が前記第1の電圧と等しくなるように前記第1のトランジスタのゲートに制御電圧を出力する演算増幅器と、前記演算増幅器の前記制御電圧がゲートに印加された第2のトランジスタと、一方の端が接地された第4の抵抗と、前記第4の抵抗に前記第2のトランジスタに流れる電流と等しい電流を流すカレントミラー回路と、前記第4の抵抗の他方の端に発生する第3の電圧と前記接地電圧を基準とした基準電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路への前記昇圧クロックの供給を制御するクロック制御回路と、を備えることを特徴とするものである。 According to the present invention, in an over-boosting prevention circuit for preventing an over-boosting of a boosting circuit that generates a negative output voltage with respect to a ground voltage in accordance with a boosting clock, a first difference is obtained by dividing a difference between a power supply voltage and the output voltage. A first resistor and a second resistor for generating a first voltage; a third resistor and a first transistor connected in series between the power supply voltage and the output voltage; and the third resistor and the first transistor. An operational amplifier that outputs a control voltage to the gate of the first transistor so that a second voltage at the connection point is equal to the first voltage, and a second that has the control voltage of the operational amplifier applied to the gate. A transistor having a first end grounded, a current mirror circuit for passing a current equal to a current flowing through the second transistor through the fourth resistor, and the other end of the fourth resistor. The third that occurs A clock control circuit that compares a voltage with a reference voltage based on the ground voltage and controls the supply of the boosting clock to the boosting circuit according to the comparison result. .
また、本発明は、昇圧クロックに応じて、接地電圧に対して負の出力電圧を発生する昇圧回路の過昇圧を防止する過昇圧防止回路において、電源電圧と前記接地電圧の間に直列接続された第1のトランジスタ及び第1の抵抗と、前記第1のトランジスタと前記第1の抵抗の接続点の第1の電圧が前記接地電圧を基準とした基準電圧と等しくなるように前記第1のトランジスタのゲートに制御電圧を出力する演算増幅器と、一方の端に前記出力電圧が印加された第2の抵抗と、前記第2の抵抗に前記第1の抵抗に流れる電流と等しい電流を流して前記第2の抵抗の他方の端に第2の電圧を発生させるカレントミラー回路と、前記電源電圧と前記出力電圧の差を分圧して第3の電圧を発生する第3及び第4の抵抗と、前記第2の電圧と前記第3の電圧と比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路への前記昇圧クロックの供給を制御するクロック制御回路と、を備えることを特徴とするものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided an over-boosting prevention circuit for preventing over-boosting of a boosting circuit that generates a negative output voltage with respect to a ground voltage in accordance with the boosting clock, and is connected in series between a power supply voltage and the ground voltage. The first transistor and the first resistor, and the first voltage at the connection point of the first transistor and the first resistor are equal to a reference voltage based on the ground voltage. An operational amplifier that outputs a control voltage to the gate of the transistor, a second resistor to which the output voltage is applied at one end, and a current that is equal to the current flowing through the first resistor is passed through the second resistor. A current mirror circuit for generating a second voltage at the other end of the second resistor, and third and fourth resistors for dividing the difference between the power supply voltage and the output voltage to generate a third voltage; , The second voltage and the third voltage Compared to pressure, is for a clock control circuit for controlling the supply of the boost clock to the booster circuit according to the comparison result, characterized in that it comprises a.
また、本発明は昇圧クロックに応じて、接地電圧に対して負の出力電圧を発生する昇圧回路の過昇圧を防止する過昇圧防止回路において、前記電源電圧と前記接地電圧の間に直列接続され、その接続点に第1の電圧を発生する第1のトランジスタ及び第1の抵抗と、前記電源電圧と前記出力電圧との間に直列接続され、その接続点に第2の電圧を発生する第2のトランジスタ及び第2の抵抗と、前記第1の電圧が前記接地電圧を基準とした基準電圧と等しくなるように前記第1のトランジスタのゲート及び第2のトランジスタのゲートに制御電圧を出力する演算増幅器と、前記電源電圧と前記出力電圧の差を分圧して第3の電圧を発生する第3及び第4の抵抗と、前記第2の電圧と前記第3の電圧と比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路への前記昇圧クロックの供給を制御するクロック制御回路と、を備えることを特徴とする。 Further, the present invention provides an over-boosting prevention circuit for preventing an over-boosting of a boosting circuit that generates a negative output voltage with respect to a ground voltage in accordance with the boosting clock, and is connected in series between the power supply voltage and the ground voltage. A first transistor for generating a first voltage at the connection point, a first resistor, and a first voltage for generating a second voltage at the connection point, connected in series between the power supply voltage and the output voltage. A control voltage is output to the gate of the first transistor and the gate of the second transistor so that the first voltage is equal to a reference voltage based on the ground voltage. The operational amplifier, the third and fourth resistors for dividing the difference between the power supply voltage and the output voltage to generate a third voltage, the second voltage and the third voltage are compared, and the comparison Depending on the result A clock control circuit for controlling the supply of the boost clock to, characterized in that it comprises a.
本発明の過昇圧防止回路によれば、接地電圧Vssを基準とする基準電圧Vrefを用いることができるので、昇圧回路で発生するリップルの影響を除去し、誤動作を防止することができる。したがって、本発明の過昇圧防止回路は大電流出力の昇圧回路に用いて好適である。 According to the over-boost prevention circuit of the present invention, the reference voltage Vref based on the ground voltage Vss can be used, so that the influence of ripples generated in the boost circuit can be removed and malfunction can be prevented. Therefore, the over-boost prevention circuit of the present invention is suitable for use in a high-current output boost circuit.
また、他の回路で接地電圧Vssを基準とする基準電圧Vrefを用いる場合にはその回路との間で基準電圧を共用することが可能になる。 Further, when the reference voltage Vref based on the ground voltage Vss is used in another circuit, the reference voltage can be shared with that circuit.
本発明の実施形態について説明する前に、参考例に係る過昇圧防止回路について説明する。図10はそのような過昇圧防止回路の回路図である。マイナス昇圧を行うチャージポンプ回路60の出力電圧Vout(<0V)とVddとの間に抵抗R1,R2を直列接続して、その接続点に電圧V0’を発生させ、その電圧V0’とVoutを基準とする基準電圧(Vref+Vout)とを比較器61で比較し、この比較器61の出力によりチャージポンプ回路60への昇圧クロックφの供給を制御する。 Before describing an embodiment of the present invention, an over-boosting prevention circuit according to a reference example will be described. FIG. 10 is a circuit diagram of such an over-boosting prevention circuit. Resistors R1 and R2 are connected in series between the output voltage Vout (<0V) and Vdd of the charge pump circuit 60 that performs negative boosting, and a voltage V0 ′ is generated at the connection point, and the voltages V0 ′ and Vout are generated. A reference voltage (Vref + Vout) as a reference is compared by the comparator 61, and the supply of the boost clock φ to the charge pump circuit 60 is controlled by the output of the comparator 61.
すなわち、V0’>Vref+Voutのときは比較器61の出力はH(ハイ)であり、昇圧クロックφはチャージポンプ回路60へ供給されるのでチャージポンプ回路60は昇圧動作を行う。 That is, when V0 ′> Vref + Vout, the output of the comparator 61 is H (high) and the boost clock φ is supplied to the charge pump circuit 60, so that the charge pump circuit 60 performs a boost operation.
チャージポンプ回路60の昇圧動作により、V0’<Vref+Voutとなると、比較器61の出力はL(ロウ)となり、昇圧クロックφのチャージポンプ回路60への供給は停止される。例えば、Vref=1.2V、Vdd−Vout=5.5Vのときに比較器61の出力が反転するように設定するには、 When V0 ′ <Vref + Vout is satisfied by the boost operation of the charge pump circuit 60, the output of the comparator 61 becomes L (low), and the supply of the boost clock φ to the charge pump circuit 60 is stopped. For example, to set so that the output of the comparator 61 is inverted when Vref = 1.2V and Vdd−Vout = 5.5V,
であるから、数1と数2から、 Therefore, from Equation 1 and Equation 2,
すなわち、R2とR1の比を数3のように設定すればよい。 That is, the ratio of R2 and R1 may be set as shown in Equation 3.
しかしながら、出力電圧Voutを基準とした基準電圧(Vref+Vout)を用いると、チャージポンプ回路で発生したリップルの影響を受けて、その値が大きく変動してしまう。そのため、過昇圧防止回路が誤動作してしまう。 However, when a reference voltage (Vref + Vout) based on the output voltage Vout is used, the value fluctuates greatly under the influence of ripples generated in the charge pump circuit. For this reason, the over-boosting prevention circuit malfunctions.
そこで、本発明は、接地電圧Vssを基準とした基準電圧Vrefを用いることにより、昇圧回路で発生するリップルの影響を除去した新たな方式の過昇圧防止回路を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a novel over-boost prevention circuit that eliminates the influence of ripple generated in the booster circuit by using the reference voltage Vref with the ground voltage Vss as a reference.
次に本発明の第1の実施形態に係る過昇圧防止回路について、図1乃至図3を参照しながら、詳しく説明する。図1はこの過昇圧防止回路の回路図であり、図2は図1のマイナス昇圧のチャージポンプ回路2の回路図、図3はマイナス昇圧のチャージポンプ回路2の動作タイミング図である。 Next, the over-boosting prevention circuit according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram of the over-boost prevention circuit, FIG. 2 is a circuit diagram of the charge pump circuit 2 having a negative boost, and FIG. 3 is an operation timing diagram of the charge pump circuit 2 having a negative boost.
この過昇圧防止回路は、電源電圧Vddとチャージポンプ回路2の出力電圧Vout(<0V)の差である(Vdd−Vout)が所定値VMAXを越えないように制御する回路である。すなわち、Vdd−Vout<VMAXのときは、チャージポンプ回路2は昇圧動作を行い、Vdd−Vout>VMAXとなったときにチャージポンプ回路2は昇圧動作を停止する。 This over-boost prevention circuit is a circuit that controls so that (Vdd−Vout), which is the difference between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout (<0 V) of the charge pump circuit 2, does not exceed a predetermined value VMAX. That is, when Vdd−Vout <VMAX, the charge pump circuit 2 performs a boost operation, and when Vdd−Vout> VMAX, the charge pump circuit 2 stops the boost operation.
図1に示すように、電源電圧Vddとチャージポンプ回路2の出力電圧Voutの間に、第1の抵抗R1と第2の抵抗R2が直列接続され、第1の抵抗R1に電源電圧Vddが印加され、第2の抵抗R2に出力電圧Voutが印加されている。第1の抵抗R1と第2の抵抗R2との接続点の第1の電圧V1は次式で表される。第1の抵抗R1の抵抗値をR1、第2の抵抗R2の抵抗値をR2とする。 As shown in FIG. 1, a first resistor R1 and a second resistor R2 are connected in series between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout of the charge pump circuit 2, and the power supply voltage Vdd is applied to the first resistor R1. The output voltage Vout is applied to the second resistor R2. The first voltage V1 at the connection point between the first resistor R1 and the second resistor R2 is expressed by the following equation. The resistance value of the first resistor R1 is R1, and the resistance value of the second resistor R2 is R2.
簡単のため、R1=R2とすると、V1は次式のようになる。 For simplicity, assuming that R1 = R2, V1 is as follows.
また、電源電圧Vddと出力電圧Voutの間に、第3の抵抗R3とNチャネル型の第1のMOSトランジスタM10が直列に接続されている。第3の抵抗R3に電源電圧Vddが印加され、第1のMOSトランジスタM10のソースには出力電圧Voutが印加されている。 A third resistor R3 and an N-channel first MOS transistor M10 are connected in series between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout. The power supply voltage Vdd is applied to the third resistor R3, and the output voltage Vout is applied to the source of the first MOS transistor M10.
演算増幅器1の負入力端子(−)には第1の電圧V1が入力され、その正入力端子(+)には第3の抵抗R3と第1のMOSトランジスタM10の接続点の第2の電圧V2が入力されている。演算増幅器1は、第2の電圧V2が第1の電圧V1と等しくなるように、第1のMOSトランジスタM10のゲートに制御電圧を出力する。 The first voltage V1 is input to the negative input terminal (−) of the operational amplifier 1, and the second voltage at the connection point between the third resistor R3 and the first MOS transistor M10 is input to the positive input terminal (+). V2 is input. The operational amplifier 1 outputs a control voltage to the gate of the first MOS transistor M10 so that the second voltage V2 is equal to the first voltage V1.
すなわち、演算増幅器1のイマジナリーショートにより、次式が成り立つ。 That is, the following equation is established by an imaginary short of the operational amplifier 1.
演算増幅器1から出力された制御電圧は、Nチャネル型の第2のMOSトランジスタM11のゲートに印加される。第2のMOSトランジスタM11のソースには出力電圧Voutが印加されている。第2のMOSトランジスタM11のドレインには第3のMOSトランジスタM12のドレインが接続されている。第3のMOSトランジスタM12のソースには電源電圧Vddが印加されている。第3のMOSトランジスタM12のゲートは第4のMOSトランジスタM13のゲートと共通接続され、これらの2つのトランジスタはカレントミラー回路を構成する。第4のMOSトランジスタM13と第4の抵抗R4は直列に接続され、第4の抵抗R4は接地されている。第1のMOSトランジスタM10に流れる電流をI1とすると、I1は次式で表される。第3の抵抗R3の抵抗値をR3とする。 The control voltage output from the operational amplifier 1 is applied to the gate of the N-channel type second MOS transistor M11. The output voltage Vout is applied to the source of the second MOS transistor M11. The drain of the third MOS transistor M12 is connected to the drain of the second MOS transistor M11. A power supply voltage Vdd is applied to the source of the third MOS transistor M12. The gate of the third MOS transistor M12 is connected in common with the gate of the fourth MOS transistor M13, and these two transistors constitute a current mirror circuit. The fourth MOS transistor M13 and the fourth resistor R4 are connected in series, and the fourth resistor R4 is grounded. If the current flowing through the first MOS transistor M10 is I1, I1 is expressed by the following equation. The resistance value of the third resistor R3 is R3.
数5,数6を数7に代入すると、電流I1は次式で表される。 Substituting Equations 5 and 6 into Equation 7, the current I1 is expressed by the following equation.
そして、第2のMOSトランジスタM11に流れる電流をI2、第4の抵抗R4に流れる電流をI3とすると、上記カレントミラー回路による折り返しにより、
I1=I2=I3が成り立つ。
When the current flowing through the second MOS transistor M11 is I2 and the current flowing through the fourth resistor R4 is I3,
I1 = I2 = I3 holds.
したがって、第4のMOSトランジスタM13と第4の抵抗R4の接続点の第3の電圧V3は次式で与えられる。第4の抵抗R4の抵抗値をR4とする。 Therefore, the third voltage V3 at the connection point between the fourth MOS transistor M13 and the fourth resistor R4 is given by the following equation. The resistance value of the fourth resistor R4 is R4.
この第3の電圧V3は比較器3の正入力端子(+)に入力される。また、接地電圧Vssを基準とした基準電圧Vrefが比較器3の負入力端子(−)に入力される。第3の電圧V3と基準電圧Vrefとを比較した結果が比較器3の出力信号Coutになる。比較器3の出力CoutはNOR回路5に入力されている。また発振器4から出力されるクロックもNOR回路5に入力されている。 The third voltage V3 is input to the positive input terminal (+) of the comparator 3. A reference voltage Vref with the ground voltage Vss as a reference is input to the negative input terminal (−) of the comparator 3. The result of comparing the third voltage V3 and the reference voltage Vref is the output signal Cout of the comparator 3. The output Cout of the comparator 3 is input to the NOR circuit 5. A clock output from the oscillator 4 is also input to the NOR circuit 5.
V3<Vrefのとき、CoutはLレベルであるから、発振器4から出力されたクロックはNOR回路5を通して、昇圧クロックφとして、チャージポンプ回路2に入力される。なお、実際には不図示の制御回路により、昇圧クロックφに基づいて、チャージポンプ回路2のスイッチング用MOSトランジスタのオンオフを制御するための各種のクロックが作成される。これにより、チャージポンプ回路2は昇圧動作を行う。 Since Cout is at L level when V3 <Vref, the clock output from the oscillator 4 is input to the charge pump circuit 2 through the NOR circuit 5 as the boost clock φ. Actually, various clocks for controlling on / off of the switching MOS transistor of the charge pump circuit 2 are generated by a control circuit (not shown) based on the boost clock φ. Thereby, the charge pump circuit 2 performs a boosting operation.
一方、チャージポンプ回路2の昇圧動作により、V3>Vrefとなると、CoutはLレベルからHレベルに変化する。すると、NOR回路5の出力はLレベルに固定されるので、チャージポンプ回路2に対して昇圧クロックφが供給されなくなり、チャージポンプ回路2の昇圧動作は停止される。 On the other hand, when V3> Vref by the boosting operation of the charge pump circuit 2, Cout changes from L level to H level. Then, since the output of the NOR circuit 5 is fixed at the L level, the boost clock φ is not supplied to the charge pump circuit 2, and the boost operation of the charge pump circuit 2 is stopped.
したがって、V3>Vrefが成り立つことが過昇圧防止の判定条件となる。この判定条件式に数9のV3を代入すると、次の判定条件式が得られる。 Therefore, the determination condition for preventing over-boosting is that V3> Vref is satisfied. Substituting V3 of Equation 9 into this determination conditional expression, the following determination conditional expression is obtained.
例えば、Vref=1.2V、R3=110kΩ、R4=48kΩとすると、Vdd−Vout>5.5V となり、電源電圧Vddとチャージポンプ回路2の出力電圧Voutの差が5.5Vとなったときにその昇圧動作を停止することができる。 For example, when Vref = 1.2V, R3 = 110 kΩ, and R4 = 48 kΩ, Vdd−Vout> 5.5V, and when the difference between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout of the charge pump circuit 2 is 5.5V. The boosting operation can be stopped.
すなわち、本実施形態の過昇圧防止回路によれば、R1=R2の場合に、数10の判定条件式を満たすように、R3とR4の値を設定することで、Vdd−Voutが所望の値の時にチャージポンプ回路2の昇圧動作を停止することができる。また、R1≠R2の場合にも同様の計算工程を辿ることによりVdd−Voutの値を設定することができることは勿論である。また、接地電圧Vssを基準とした基準電圧Vrefを用いているので、チャージポンプ回路2の出力電圧Voutに現れるリップルの影響を除去して、誤動作を防止することができる。 That is, according to the over-boosting prevention circuit of the present embodiment, when R1 = R2, Vdd−Vout is set to a desired value by setting the values of R3 and R4 so as to satisfy the determination condition formula of Formula 10. At this time, the boosting operation of the charge pump circuit 2 can be stopped. Of course, the value of Vdd−Vout can also be set by following the same calculation process even when R1 ≠ R2. Further, since the reference voltage Vref based on the ground voltage Vss is used, the influence of the ripple appearing in the output voltage Vout of the charge pump circuit 2 can be removed, and malfunction can be prevented.
チャージポンプ回路2は、昇圧クロックに応じて昇圧を行い、負の出力電圧Vout(<0V)を発生するものであればどのような回路であっても本発明を適用することができる。例えば、Vout=−0.5Vddでもよいし、Vout=−Vddでもよい。次に、チャージポンプ回路2の一例としてVoutとして−0.5Vddを出力する回路を図2及び図3を参照して説明する。 The present invention can be applied to the charge pump circuit 2 as long as it is a circuit that performs boosting according to the boosting clock and generates a negative output voltage Vout (<0 V). For example, Vout = −0.5 Vdd or Vout = −Vdd may be used. Next, a circuit for outputting −0.5 Vdd as Vout as an example of the charge pump circuit 2 will be described with reference to FIGS.
図2は、このチャージポンプ回路2の回路図であり、図2(a)は、クロックドライバーCDに入力される昇圧クロックφがLレベル(Vss)の場合、図2(b)はクロックφがHレベル(Vdd)の場合を示している。第1のスイッチング用MOSトランジスタM1のソースに接地電圧Vss(0V)が印加され、この第1のスイッチング用MOSトランジスタM1のドレインは、第2のスイッチング用MOSトランジスタM2のソースに接続されている。第1のスイッチング用MOSトランジスタM1及び第2のスイッチング用MOSトランジスタM2は、電荷転送素子として機能する。 FIG. 2 is a circuit diagram of the charge pump circuit 2. FIG. 2A shows a case where the boost clock φ input to the clock driver CD is L level (Vss), and FIG. The case of H level (Vdd) is shown. The ground voltage Vss (0 V) is applied to the source of the first switching MOS transistor M1, and the drain of the first switching MOS transistor M1 is connected to the source of the second switching MOS transistor M2. The first switching MOS transistor M1 and the second switching MOS transistor M2 function as charge transfer elements.
ここで、第1のスイッチング用MOSトランジスタM1及び第2のスイッチング用MOSトランジスタM2は、いずれもNチャネル型である。これは、第1のスイッチング用MOSトランジスタM1及び第2のスイッチング用MOSトランジスタM2をオンオフさせるための電圧を同じ回路内から得るためである。第1のスイッチング用MOSトランジスタM1及び第2のスイッチング用MOSトランジスタM2をオンさせるためにはそれらのゲートに電源電圧Vddを与えればよいし、オフさせる場合にはそれらのゲートにこの回路の出力電圧Vout(=−0.5Vdd)を与えればよい。 Here, both the first switching MOS transistor M1 and the second switching MOS transistor M2 are N-channel type. This is because a voltage for turning on and off the first switching MOS transistor M1 and the second switching MOS transistor M2 is obtained from the same circuit. In order to turn on the first switching MOS transistor M1 and the second switching MOS transistor M2, the power supply voltage Vdd may be applied to their gates. When they are turned off, the output voltage of this circuit is applied to their gates. Vout (= −0.5 Vdd) may be given.
また、第1のコンデンサC1の一方の端子には、クロックドライバーCDの出力が接続されている。クロックドライバーCDは、電源電圧Vddと接地電圧Vssの間に、Pチャネル型MOSトランジスタM6、Nチャネル型MOSトランジスタM7を直列に接続してCMOSインバータとして構成される。そして、クロックドライバーCDには昇圧クロックφが入力され、この昇圧クロックφはクロックドライバーCDによって反転される。その反転クロック*φが、クロックドライバーCDの出力として第1のコンデンサC1の一方の端子に印加される。 The output of the clock driver CD is connected to one terminal of the first capacitor C1. The clock driver CD is configured as a CMOS inverter by connecting a P-channel MOS transistor M6 and an N-channel MOS transistor M7 in series between a power supply voltage Vdd and a ground voltage Vss. The boosted clock φ is input to the clock driver CD, and the boosted clock φ is inverted by the clock driver CD. The inverted clock * φ is applied to one terminal of the first capacitor C1 as the output of the clock driver CD.
なお、クロックドライバーCDの貫通電流を低減するために、Pチャネル型MOSトランジスタM6のゲートに昇圧クロックφを印加し、Nチャネル型MOSトランジスタM7のゲートに昇圧クロックφを遅延した遅延クロックφ’を印加するように構成してもよい。また、第2のコンデンサC2は、その一方の端子が第1及び第2のスイッチング用MOSトランジスタM1,M2の接続点に接続されている。第3のスイッチング用MOSトランジスタM3は、第2のコンデンサC2の他方の端子と接地電圧Vss(0V)の間に接続されている。 In order to reduce the through current of the clock driver CD, a boost clock φ is applied to the gate of the P-channel MOS transistor M6, and a delay clock φ ′ obtained by delaying the boost clock φ is applied to the gate of the N-channel MOS transistor M7. You may comprise so that it may apply. The second capacitor C2 has one terminal connected to the connection point of the first and second switching MOS transistors M1 and M2. The third switching MOS transistor M3 is connected between the other terminal of the second capacitor C2 and the ground voltage Vss (0 V).
また、第4のスイッチング用MOSトランジスタM4は、第1のコンデンサC1の他方の端子と第2のコンデンサC2の他方の端子の間に接続されている。第5のスイッチング用MOSトランジスタM5は、第1のコンデンサC1の他方の端子と第2のスイッチング用MOSトランジスタM2のドレインである出力端子に接続されている。そして、この回路は、第2のスイッチング用MOSトランジスタM2のドレインから出力電圧Vout(=−0.5Vdd)を得るものである。 The fourth switching MOS transistor M4 is connected between the other terminal of the first capacitor C1 and the other terminal of the second capacitor C2. The fifth switching MOS transistor M5 is connected to the other terminal of the first capacitor C1 and the output terminal which is the drain of the second switching MOS transistor M2. This circuit obtains the output voltage Vout (= −0.5 Vdd) from the drain of the second switching MOS transistor M2.
ここで、第3、第5のスイッチング用MOSトランジスタM3,M5は、Nチャネル型である。これは、第1のスイッチング用MOSトランジスタM1及び第2のスイッチング用MOSトランジスタM2と同様に、これらのトランジスタをオンオフさせるための電圧を同じ回路内から得るためである。即ち、第3のスイッチング用MOSトランジスタM3及び第5のスイッチング用MOSトランジスタM5をオンさせるためにはそれらのゲートに電源電圧Vddを与えればよいし、オフさせる場合にはそれらのゲートにこの回路の出力電圧Vout(=−0.5Vdd)を与えればよい。 Here, the third and fifth switching MOS transistors M3 and M5 are N-channel type. This is because, similarly to the first switching MOS transistor M1 and the second switching MOS transistor M2, a voltage for turning on and off these transistors is obtained from the same circuit. That is, in order to turn on the third switching MOS transistor M3 and the fifth switching MOS transistor M5, the power supply voltage Vdd may be applied to their gates. An output voltage Vout (= −0.5 Vdd) may be given.
第4のスイッチング用MOSトランジスタM4については、Pチャネル型でもNチャネル型でもよいが、パターン面積を小さくするためにはNチャネル型であることが好ましい。第4のスイッチング用MOSトランジスタM4がNチャネル型である場合、これをオンさせるためには、そのゲートに電源電圧Vddを与えればよいし、オフさせる場合にはそのゲートにこの回路の出力電圧Vout(=−0.5Vdd)を与えればよい。第4のスイッチング用MOSトランジスタM4がPチャネル型である場合、これをオンさせるためには、そのゲートに接地電圧Vssもしくは、出力電圧Voutを与えればよいし、オフさせる場合にはそのゲートに電源電圧Vddを与えればよい。 The fourth switching MOS transistor M4 may be either a P-channel type or an N-channel type, but is preferably an N-channel type in order to reduce the pattern area. When the fourth switching MOS transistor M4 is an N-channel type, in order to turn it on, it is only necessary to supply the power supply voltage Vdd to its gate. When it is turned off, the output voltage Vout of this circuit is applied to its gate. (= −0.5 Vdd) may be given. When the fourth switching MOS transistor M4 is a P-channel type, in order to turn it on, a ground voltage Vss or an output voltage Vout may be applied to its gate. A voltage Vdd may be given.
また、第1及び第2のコンデンサC1,C2は互いに等しい容量値を有しているものとする。また、第1,第2,第3,第4,第5のスイッチング用MOSトランジスタM1,M2,M3,M4,M5は、昇圧クロックφの電圧レベルに応じて、不図示の制御回路によってゲート電圧を制御することにより、後述するようにそれらのオン(ON)、オフ(OFF)が制御されている。 Further, it is assumed that the first and second capacitors C1 and C2 have the same capacitance value. The first, second, third, fourth, and fifth switching MOS transistors M1, M2, M3, M4, and M5 are gated by a control circuit (not shown) according to the voltage level of the boost clock φ. These are controlled to be turned on (ON) and off (OFF) as will be described later.
次に、このチャージポンプ回路2の昇圧動作について図2(a)、(b)及び図3を参照しながら説明する。図3はこのチャージポンプ回路2の定常状態における動作タイミング図である。まず、昇圧クロックφがLレベルの時のチャージポンプ回路2の動作について説明する(図2(a)、図3参照)。このとき、クロックドライバーCDのPチャネル型MOSトランジスタM6はオンし、Nチャネル型MOSトランジスタM7はオフするので、反転クロック*φはHレベル(Vdd)となる。また、第1,第4のスイッチング用MOSトランジスタM1,M4をオンし、第2、第3、第5のスイッチング用MOSトランジスタM2,M3,M5をオフする。 Next, the boosting operation of the charge pump circuit 2 will be described with reference to FIGS. 2 (a), 2 (b) and FIG. FIG. 3 is an operation timing chart of the charge pump circuit 2 in a steady state. First, the operation of the charge pump circuit 2 when the boosting clock φ is at the L level will be described (see FIGS. 2A and 3). At this time, the P-channel MOS transistor M6 of the clock driver CD is turned on and the N-channel MOS transistor M7 is turned off, so that the inverted clock * φ is at the H level (Vdd). Further, the first and fourth switching MOS transistors M1 and M4 are turned on, and the second, third and fifth switching MOS transistors M2, M3 and M5 are turned off.
すると、図2(a)中の太線で示すように、クロックドライバーCDのPチャネル型MOSトランジスタM6、第1のコンデンサC1、第4のスイッチング用MOSトランジスタM4、第2のコンデンサC2、第1のスイッチング用MOSトランジスタM1、接地電圧Vssを通る経路で、第1のコンデンサC1及び第2のコンデンサC2が直列接続されて充電される。 Then, as indicated by a thick line in FIG. 2A, the P-channel MOS transistor M6, the first capacitor C1, the fourth switching MOS transistor M4, the second capacitor C2, and the first capacitor of the clock driver CD. The first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected in series and charged through a path passing through the switching MOS transistor M1 and the ground voltage Vss.
これにより、第1のコンデンサC1の一方の端子はVddに充電され、その他方の端子の電圧V51は+0.5Vddに充電され、第2のコンデンサC2の他方の端子の電圧V53も+0.5Vddに充電される。 As a result, one terminal of the first capacitor C1 is charged to Vdd, the voltage V51 of the other terminal is charged to +0.5 Vdd, and the voltage V53 of the other terminal of the second capacitor C2 is also +0.5 Vdd. Charged.
次に、昇圧クロックφがHレベルの時の回路動作について説明する(図2(b)、図3参照)。このとき、クロックドライバーCDのNチャネル型MOSトランジスタM7がオンし、Pチャネル型MOSトランジスタM6がオフするため、反転クロック*φはLレベルとなる。(Vssレベル)また、第1,第4のスイッチング用MOSトランジスタM1,M4をオフし、第2,第3,第5のスイッチング用MOSトランジスタM2,M3,M5をオンする。 Next, the circuit operation when the boosting clock φ is at the H level will be described (see FIGS. 2B and 3). At this time, since the N-channel MOS transistor M7 of the clock driver CD is turned on and the P-channel MOS transistor M6 is turned off, the inverted clock * φ is at the L level. (Vss level) The first and fourth switching MOS transistors M1 and M4 are turned off, and the second, third and fifth switching MOS transistors M2, M3 and M5 are turned on.
すると、図2(b)中の太い破線で示すように、2つの経路から出力端子に−0.5Vddが供給される。1つの経路は、接地電圧Vssから、第3のスイッチング用MOSトランジスタM3、第2のコンデンサC2、第2のスイッチング用MOSトランジスタM2を通して、第2のコンデンサC2の電荷が放電され、出力端子に−0.5Vddが供給される。これは、第2のコンデンサC2の他方の端子の電圧V53は昇圧クロックφがLレベルのときに+0.5Vddに充電されているため、第3のスイッチング用MOSトランジスタM3がオンすることにより、電圧V53が+0.5VddからVssに変化することに伴って、第2のコンデンサC2の容量結合により、第2のコンデンサC2の一方の端子の電圧V52はVss(0V)から−0.5Vddに変化するためである。 Then, as shown by the thick broken line in FIG. 2B, −0.5 Vdd is supplied from the two paths to the output terminal. One path is that the electric charge of the second capacitor C2 is discharged from the ground voltage Vss through the third switching MOS transistor M3, the second capacitor C2, and the second switching MOS transistor M2, and − 0.5Vdd is supplied. This is because the voltage V53 at the other terminal of the second capacitor C2 is charged to +0.5 Vdd when the boost clock φ is at the L level, so that the third switching MOS transistor M3 is turned on. As V53 changes from +0.5 Vdd to Vss, the voltage V52 at one terminal of the second capacitor C2 changes from Vss (0 V) to −0.5 Vdd due to capacitive coupling of the second capacitor C2. Because.
もう1つの経路は、接地電圧Vssから、クロックドライバーCDのNチャネル型MOSトランジスタM7、第1のコンデンサC1、第5のスイッチング用MOSトランジスタM5を通して、第1のコンデンサC1の電荷が放電され、出力端子に−0.5Vddが供給される。 The other path is that the charge of the first capacitor C1 is discharged from the ground voltage Vss through the N-channel MOS transistor M7 of the clock driver CD, the first capacitor C1, and the fifth switching MOS transistor M5. -0.5 Vdd is supplied to the terminal.
これは、昇圧クロックφがLレベルのときに、第1のコンデンサC1の他方端子の電圧V51は+0.5Vddに充電されるが、昇圧クロックφがHレベルに変化すると、Nチャネル型MOSトランジスタM7がオンすることにより、第1のコンデンサC1の一方の端子の電圧がVddからVssに変化することに伴い、第1のコンデンサC1の容量結合により、第1のコンデンサC1の他方の端子の電圧V51は+0.5Vddから−0.5Vddに変化するためである。このとき、第2のスイッチング用MOSトランジスタM2及び第5のスイッチング用MOSトランジスタM5に着目すると、それらのトランジスタのゲートにはVddが印加され、ドレインにVout=−0.5Vddが印加されているので、ゲートドレイン間にはVdd−Vout=1.5Vddという電圧が印加されることになる。本発明はこのVdd−Voutを制限しようとするものである。 This is because the voltage V51 at the other terminal of the first capacitor C1 is charged to +0.5 Vdd when the boost clock φ is at L level, but when the boost clock φ changes to H level, the N-channel MOS transistor M7. Is turned on, and the voltage at one terminal of the first capacitor C1 changes from Vdd to Vss. As a result, the voltage V51 at the other terminal of the first capacitor C1 is caused by capacitive coupling of the first capacitor C1. This is because the voltage changes from +0.5 Vdd to -0.5 Vdd. At this time, paying attention to the second switching MOS transistor M2 and the fifth switching MOS transistor M5, Vdd is applied to the gates of these transistors and Vout = −0.5 Vdd is applied to the drains thereof. Thus, a voltage of Vdd−Vout = 1.5Vdd is applied between the gate and drain. The present invention intends to limit this Vdd-Vout.
この昇圧クロックφがLレベルの時の動作と、Hレベル時の動作を交互に繰り返すことにより、出力電圧Voutとして、電源電圧Vddを−0.5倍した−0.5Vddが得られる。前述したように、V3>Vrefとなると、比較器3の出力信号CoutはLレベルからHレベルに変化し、NOR回路5の出力である昇圧クロックφはLレベルに固定される。これにより、チャージポンプ回路2の動作は停止する。 By alternately repeating the operation when the boosting clock φ is at the L level and the operation when the boosting clock φ is at the H level, −0.5 Vdd obtained by multiplying the power supply voltage Vdd by −0.5 is obtained as the output voltage Vout. As described above, when V3> Vref, the output signal Cout of the comparator 3 changes from the L level to the H level, and the boost clock φ that is the output of the NOR circuit 5 is fixed to the L level. Thereby, the operation of the charge pump circuit 2 is stopped.
次に本発明の第2の実施形態に係る過昇圧防止回路について図4を参照しながら詳しく説明する。 Next, an over-boosting prevention circuit according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
演算増幅器1の正入力端子(+)に接地電圧Vssを基準とした基準電圧Vrefが印加されている。第1のMOSトランジスタM20と第1の抵抗R11は直列接続され、第1の抵抗R11は接地されている。演算増幅器1の負入力端子(−)にはNチャネル型の第1のMOSトランジスタM20と第1の抵抗R11の接続点の第1の電圧V11が入力されている。演算増幅器1は、第1の電圧V11が基準電圧Vrefと等しくなるように、Nチャネル型の第1のMOSトランジスタM20のゲートに制御電圧を出力する。 A reference voltage Vref based on the ground voltage Vss is applied to the positive input terminal (+) of the operational amplifier 1. The first MOS transistor M20 and the first resistor R11 are connected in series, and the first resistor R11 is grounded. The negative input terminal (−) of the operational amplifier 1 is supplied with the first voltage V11 at the connection point between the N-channel first MOS transistor M20 and the first resistor R11. The operational amplifier 1 outputs a control voltage to the gate of the N-channel first MOS transistor M20 so that the first voltage V11 is equal to the reference voltage Vref.
第1のMOSトランジスタM20のドレインにはPチャネル型の第2のMOSトランジスタM21のドレインが接続されている。第2のMOSトランジスタM21のソースには電源電圧Vddが印加されている。第2のMOSトランジスタM21のゲートはPチャネル型の第3のMOSトランジスタM22のゲートと共通接続され、これらのトランジスタはカレントミラー回路を構成する。第3のMOSトランジスタM22と第2の抵抗R12は直列に接続され、第2の抵抗R12にはチャージポンプ回路2の出力電圧Voutが印加されている。 The drain of the P-channel type second MOS transistor M21 is connected to the drain of the first MOS transistor M20. A power supply voltage Vdd is applied to the source of the second MOS transistor M21. The gate of the second MOS transistor M21 is connected in common with the gate of the P-channel type third MOS transistor M22, and these transistors constitute a current mirror circuit. The third MOS transistor M22 and the second resistor R12 are connected in series, and the output voltage Vout of the charge pump circuit 2 is applied to the second resistor R12.
第1のMOSトランジスタM20及び第1の抵抗R11に流れる電流をI1とすると、I1は次式で表される。第1の抵抗R11の抵抗値をR11とする。 Assuming that the current flowing through the first MOS transistor M20 and the first resistor R11 is I1, I1 is expressed by the following equation. The resistance value of the first resistor R11 is R11.
第2の抵抗R12に流れる電流をI2とすると、カレントミラー回路により、I1=I2に設定される。したがって、第3のMOSトランジスタM22と第2の抵抗R12の接続点の第2の電圧V12は、次式で表される。第2の抵抗R12の抵抗値をR12とする。 When the current flowing through the second resistor R12 is I2, I1 = I2 is set by the current mirror circuit. Therefore, the second voltage V12 at the connection point between the third MOS transistor M22 and the second resistor R12 is expressed by the following equation. The resistance value of the second resistor R12 is R12.
一方、電源電圧Vddとチャージポンプ回路2の出力電圧Voutの間に、第3の抵抗R13と第4の抵抗R14が直列接続され、第3の抵抗R13に電源電圧Vddが印加され、第4の抵抗R14に出力電圧Voutが印加されている。第3の抵抗R13と第4の抵抗R14との接続点の第3の電圧V13は次式で表される。第3の抵抗R13の抵抗値をR13、第4の抵抗R14の抵抗値をR14とする。 On the other hand, a third resistor R13 and a fourth resistor R14 are connected in series between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout of the charge pump circuit 2, and the power supply voltage Vdd is applied to the third resistor R13. An output voltage Vout is applied to the resistor R14. The third voltage V13 at the connection point between the third resistor R13 and the fourth resistor R14 is expressed by the following equation. The resistance value of the third resistor R13 is R13, and the resistance value of the fourth resistor R14 is R14.
第2の電圧V12は比較器3の負入力端子(−)に入力され、第3の電圧V13は比較器3の正入力端子(+)に入力される。したがって、V13<V12のとき、比較器3の出力信号CoutはLレベルであるから、発振器4から出力されたクロックφはNOR回路5を通して昇圧クロックφとしてチャージポンプ回路2に入力される。これにより、チャージポンプ回路2は昇圧動作を行う。一方、チャージポンプ回路2の昇圧動作により、V13>V12となると、CoutはLレベルからHレベルに変化する。すると、NOR回路5の出力はLレベルに固定されるので、チャージポンプ回路2に対して昇圧クロックφが供給されなくなり、チャージポンプ回路2の昇圧動作は停止される。 The second voltage V12 is input to the negative input terminal (−) of the comparator 3, and the third voltage V13 is input to the positive input terminal (+) of the comparator 3. Therefore, when V13 <V12, the output signal Cout of the comparator 3 is at the L level, so that the clock φ output from the oscillator 4 is input to the charge pump circuit 2 through the NOR circuit 5 as the boost clock φ. Thereby, the charge pump circuit 2 performs a boosting operation. On the other hand, when V13> V12 by the boosting operation of the charge pump circuit 2, Cout changes from L level to H level. Then, since the output of the NOR circuit 5 is fixed at the L level, the boost clock φ is not supplied to the charge pump circuit 2, and the boost operation of the charge pump circuit 2 is stopped.
したがって、V13>V12が成り立つことが過昇圧防止の判定条件となる。 Therefore, the determination condition for preventing over-boosting is that V13> V12 holds.
この判定条件式に数12、数13を代入すると、次式が得られる。 Substituting equations (12) and (13) into this determination condition equation gives the following equation.
電源電圧Vddとチャージポンプ回路2の出力電圧Voutの差が所定の値(数14の右辺の値)となったときにその昇圧動作を停止することができる。チャージポンプ回路2は、第1の実施形態と同様に、昇圧クロックに応じて昇圧を行い、負の出力電圧Vout(<0V)を発生するものであればどのような回路であっても本発明を適用することができる。例えば、Vout=−0.5Vddでもよいし、Vout=−Vddでもよい。 When the difference between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout of the charge pump circuit 2 reaches a predetermined value (the value on the right side of Equation 14), the boosting operation can be stopped. As in the first embodiment, the charge pump circuit 2 is any circuit that performs boosting according to the boosting clock and generates a negative output voltage Vout (<0 V). Can be applied. For example, Vout = −0.5 Vdd or Vout = −Vdd may be used.
次に本発明の第3の実施形態に係る過昇圧防止回路について図5を参照しながら詳しく説明する。第2の実施形態では、演算増幅器1の出力はNチャネル型の第1のMOSトランジスタM20のゲートに印加され、この第1のMOSトランジスタM20に流れる電流I1が、Pチャネル型の第2及び第3のMOSトランジスタM21、M22を用いたカレントミラー回路により次段へ伝達されるという構成である。これに対して、本実施形態の回路は、演算増幅器1の出力を一対のPチャネル型のMOSトランジスタのゲートに印加して、カレントミラー駆動を行うものである。 Next, an over-boosting prevention circuit according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the second embodiment, the output of the operational amplifier 1 is applied to the gate of the N-channel type first MOS transistor M20, and the current I1 flowing through the first MOS transistor M20 is changed to the P-channel type second and second types. In this configuration, the current is transmitted to the next stage by a current mirror circuit using three MOS transistors M21 and M22. On the other hand, the circuit of the present embodiment performs current mirror driving by applying the output of the operational amplifier 1 to the gates of a pair of P-channel MOS transistors.
すなわち、図5に示すように、電源電圧Vddと接地電圧Vssの間に、Pチャネル型の第1のMOSトランジスタM23と第1の抵抗R11が直列に接続されている。第1のMOSトランジスタM23のソースには電源電圧Vddが印加され、第1の抵抗R11は接地されている。 That is, as shown in FIG. 5, a P-channel first MOS transistor M23 and a first resistor R11 are connected in series between the power supply voltage Vdd and the ground voltage Vss. A power supply voltage Vdd is applied to the source of the first MOS transistor M23, and the first resistor R11 is grounded.
演算増幅器1の負入力端子(−)に接地電圧Vssを基準とした基準電圧Vrefが印加されている。演算増幅器1の正入力端子(+)には第1のMOSトランジスタM23と第1の抵抗R11の接続点の第1の電圧V11が入力されている。演算増幅器1は、第1の電圧V11が基準電圧Vrefと等しくなるように、第1のMOSトランジスタM23のゲートに制御電圧を出力する。 A reference voltage Vref based on the ground voltage Vss is applied to the negative input terminal (−) of the operational amplifier 1. The first voltage V11 at the connection point between the first MOS transistor M23 and the first resistor R11 is input to the positive input terminal (+) of the operational amplifier 1. The operational amplifier 1 outputs a control voltage to the gate of the first MOS transistor M23 so that the first voltage V11 is equal to the reference voltage Vref.
また、電源電圧Vddとチャージポンプ回路2の出力電圧Voutの間に、Pチャネル型の第2のMOSトランジスタM24と第2の抵抗R12が直列に接続されている。第2のMOSトランジスタM24のソースには電源電圧Vddが印加され、第2の抵抗R12には出力電圧Voutが印加されている。第2のMOSトランジスタM24と第2の抵抗R12の接続点には第2の電圧V12が発生する。演算増幅器1の前記出力は第2のMOSトランジスタM24のゲートに印加されている。 Further, between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout of the charge pump circuit 2, a P-channel type second MOS transistor M24 and a second resistor R12 are connected in series. The power supply voltage Vdd is applied to the source of the second MOS transistor M24, and the output voltage Vout is applied to the second resistor R12. A second voltage V12 is generated at the connection point between the second MOS transistor M24 and the second resistor R12. The output of the operational amplifier 1 is applied to the gate of the second MOS transistor M24.
したがって、第1のMOSトランジスタM23と第2のMOSトランジスタ24とはカレントミラー回路を構成するので、第1のMOSトランジスタM23及び第1の抵抗R11を流れる電流I1と第2のMOSトランジスタM24及び第2の抵抗R12を流れる電流I2は等しくなるように設定される。すなわち、I1=I2である。 Therefore, since the first MOS transistor M23 and the second MOS transistor 24 constitute a current mirror circuit, the current I1 flowing through the first MOS transistor M23 and the first resistor R11, the second MOS transistor M24, and the second MOS transistor M24 The current I2 flowing through the second resistor R12 is set to be equal. That is, I1 = I2.
その他の回路構成は第2の実施形態と全く同じである。よって、本実施形態の回路についても、第2の実施形態と同様に、数11、数12、数13、数14の各数式が成り立つ。したがって、電源電圧Vddとチャージポンプ回路2の出力電圧Voutの差が所定の値(数14の右辺の値)となったときにその昇圧動作を停止することができる。また、チャージポンプ回路2は、第1の実施形態と同様に、昇圧クロックに応じて昇圧を行い、負の出力電圧Vout(<0V)を発生するものであればどのような回路であっても本発明を適用することができる。例えば、Vout=−0.5Vddでもよいし、Vout=−Vddでもよい。 Other circuit configurations are the same as those of the second embodiment. Therefore, also in the circuit of the present embodiment, the mathematical formulas of Equation 11, Equation 12, Equation 13, and Equation 14 hold as in the second embodiment. Therefore, the boosting operation can be stopped when the difference between the power supply voltage Vdd and the output voltage Vout of the charge pump circuit 2 reaches a predetermined value (the value on the right side of Equation 14). Similarly to the first embodiment, the charge pump circuit 2 may be any circuit as long as it boosts in accordance with the boost clock and generates a negative output voltage Vout (<0 V). The present invention can be applied. For example, Vout = −0.5 Vdd or Vout = −Vdd may be used.
1 演算増幅器、2 チャージポンプ回路、3 比較器、4 発振器、5 NOR回路、R1 第1の抵抗、R2 第2の抵抗、R3 第3の抵抗、
R4 第4の抵抗、M10 第1のMOSトランジスタ、M11 第2のMOSトランジスタ、M12 第3のMOSトランジスタ、M13 第4のMOSトランジスタ
1 operational amplifier, 2 charge pump circuit, 3 comparator, 4 oscillator, 5 NOR circuit, R1 first resistor, R2 second resistor, R3 third resistor,
R4 4th resistor, M10 1st MOS transistor, M11 2nd MOS transistor, M12 3rd MOS transistor, M13 4th MOS transistor
Claims (6)
電源電圧と前記出力電圧の差を分圧して第1の電圧を発生する第1及び第2の抵抗と、
前記電源電圧と前記出力電圧の間に直列接続された第3の抵抗及び第1のトランジスタと、
前記第3の抵抗及び第1のトランジスタの接続点の第2の電圧が前記第1の電圧と等しくなるように前記第1のトランジスタのゲートに制御電圧を出力する演算増幅器と、
前記演算増幅器の前記制御電圧がゲートに印加された第2のトランジスタと、
一方の端が接地された第4の抵抗と、
前記第4の抵抗に前記第2のトランジスタに流れる電流と等しい電流を流すカレントミラー回路と、
前記第4の抵抗の他方の端に発生する第3の電圧と前記接地電圧を基準とした基準電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路への前記昇圧クロックの供給を制御するクロック制御回路と、を備えることを特徴とする過昇圧防止回路。 In the over-boosting prevention circuit that prevents over-boosting of the boosting circuit that generates a negative output voltage with respect to the ground voltage according to the boosting clock,
First and second resistors for dividing a difference between a power supply voltage and the output voltage to generate a first voltage;
A third resistor and a first transistor connected in series between the power supply voltage and the output voltage;
An operational amplifier that outputs a control voltage to the gate of the first transistor so that a second voltage at a connection point of the third resistor and the first transistor is equal to the first voltage;
A second transistor in which the control voltage of the operational amplifier is applied to a gate;
A fourth resistor with one end grounded;
A current mirror circuit for passing a current equal to a current flowing through the second transistor through the fourth resistor;
The third voltage generated at the other end of the fourth resistor is compared with a reference voltage based on the ground voltage, and the supply of the boosting clock to the boosting circuit is controlled according to the comparison result. An over-boosting prevention circuit comprising: a clock control circuit.
前記昇圧クロックを発生するクロック発生回路と、
前記比較器の出力に応じて前記クロック発生回路から発生された昇圧クロックを遮断するゲート回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載の過昇圧防止回路。 The clock control circuit includes a comparator for comparing the third voltage with the reference voltage;
A clock generation circuit for generating the boost clock;
2. The over-boosting prevention circuit according to claim 1, further comprising a gate circuit that cuts off a boosting clock generated from the clock generation circuit in accordance with an output of the comparator.
電源電圧と前記接地電圧の間に直列接続された第1のトランジスタ及び第1の抵抗と、
前記第1のトランジスタと前記第1の抵抗の接続点の第1の電圧が前記接地電圧を基準とした基準電圧と等しくなるように前記第1のトランジスタのゲートに制御電圧を出力する演算増幅器と、
一方の端に前記出力電圧が印加された第2の抵抗と、
前記第2の抵抗に前記第1の抵抗に流れる電流と等しい電流を流して前記第2の抵抗の他方の端に第2の電圧を発生させるカレントミラー回路と、
前記電源電圧と前記出力電圧の差を分圧して第3の電圧を発生する第3及び第4の抵抗と、
前記第2の電圧と前記第3の電圧と比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路への前記昇圧クロックの供給を制御するクロック制御回路と、を備えることを特徴とする過昇圧防止回路。 In the over-boosting prevention circuit that prevents over-boosting of the boosting circuit that generates a negative output voltage with respect to the ground voltage according to the boosting clock,
A first transistor and a first resistor connected in series between a power supply voltage and the ground voltage;
An operational amplifier that outputs a control voltage to the gate of the first transistor so that a first voltage at a connection point between the first transistor and the first resistor is equal to a reference voltage based on the ground voltage; ,
A second resistor having the output voltage applied to one end thereof;
A current mirror circuit for generating a second voltage at the other end of the second resistor by causing a current equal to the current flowing through the first resistor to flow through the second resistor;
Third and fourth resistors for dividing the difference between the power supply voltage and the output voltage to generate a third voltage;
An over-boosting prevention circuit comprising: a clock control circuit that compares the second voltage with the third voltage and controls the supply of the boosting clock to the boosting circuit according to the comparison result. .
電源電圧と前記接地電圧の間に直列接続され、その接続点に第1の電圧を発生する第1のトランジスタ及び第1の抵抗と、
前記電源電圧と前記出力電圧との間に直列接続され、その接続点に第2の電圧を発生する第2のトランジスタ及び第2の抵抗と、
前記第1の電圧が前記接地電圧を基準とした基準電圧と等しくなるように前記第1のトランジスタのゲート及び第2のトランジスタのゲートに制御電圧を出力する演算増幅器と、
前記電源電圧と前記出力電圧の差を分圧して第3の電圧を発生する第3及び第4の抵抗と、
前記第2の電圧と前記第3の電圧と比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路への前記昇圧クロックの供給を制御するクロック制御回路と、を備えることを特徴とする過昇圧防止回路。 In the over-boosting prevention circuit that prevents over-boosting of the boosting circuit that generates a negative output voltage with respect to the ground voltage according to the boosting clock,
A first transistor and a first resistor connected in series between a power supply voltage and the ground voltage, and generating a first voltage at the connection point;
A second transistor and a second resistor connected in series between the power supply voltage and the output voltage, and generating a second voltage at the connection point;
An operational amplifier that outputs a control voltage to the gate of the first transistor and the gate of the second transistor so that the first voltage is equal to a reference voltage based on the ground voltage;
Third and fourth resistors for dividing the difference between the power supply voltage and the output voltage to generate a third voltage;
An over-boosting prevention circuit comprising: a clock control circuit that compares the second voltage with the third voltage and controls the supply of the boosting clock to the boosting circuit according to the comparison result. .
昇圧クロックを発生するクロック発生回路と、
前記比較器の出力に応じて前記クロック発生回路から発生された前記昇圧クロックを遮断するゲート回路とを備えることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の過昇圧防止回路。
The clock control circuit includes a comparator that compares the second voltage with the third voltage;
A clock generation circuit for generating a boost clock; and
6. The over-boosting prevention circuit according to claim 4, further comprising a gate circuit that cuts off the boosting clock generated from the clock generation circuit in accordance with an output of the comparator.
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JP2008107548A (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-08 | Hitachi Displays Ltd | Display device |
JP2009038850A (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Panasonic Corp | Negative power supply |
JP2010279089A (en) * | 2009-05-26 | 2010-12-09 | Renesas Electronics Corp | Booster circuit |
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2006
- 2006-06-26 JP JP2006175277A patent/JP2007043892A/en active Pending
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