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JP2024140968A - Charge pump circuit and motor driver circuit - Google Patents

Charge pump circuit and motor driver circuit Download PDF

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JP2024140968A
JP2024140968A JP2023052367A JP2023052367A JP2024140968A JP 2024140968 A JP2024140968 A JP 2024140968A JP 2023052367 A JP2023052367 A JP 2023052367A JP 2023052367 A JP2023052367 A JP 2023052367A JP 2024140968 A JP2024140968 A JP 2024140968A
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Japan
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voltage
flying capacitor
charge pump
circuit
electrode connected
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Application number
JP2023052367A
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Japanese (ja)
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裕樹 菅本
Hiroki Sugamoto
滉介 保地
Kosuke Hochi
鈴之助 木村
Suzunosuke Kimura
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Abstract

To reduce a withstand voltage required for a flying capacitor of a charge pump circuit.SOLUTION: A driver circuit 320 generates complementary first and second pulse signals Vp1 and Vp2 in synchronization with a clock signal CLK and applies them to the first and second flying capacitors Cf1 and Cf2. The high levels of the first and second pulse signals Vp1 and Vp2 are a first voltage V1, and their low levels are a second voltage V2 that is lower than the first voltage V1 by a predetermined voltage width ΔV and higher than 0 V.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、チャージポンプ回路に関する。 This disclosure relates to a charge pump circuit.

半導体集積回路において、電源電圧より高い電圧が必要な場合、チャージポンプ回路が利用される。チャージポンプ回路は、フライングキャパシタに電荷を蓄え、蓄えた電荷を出力キャパシタに転送する動作を繰り返すことにより、電源電圧よりも高い電圧を生成する。 When a semiconductor integrated circuit requires a voltage higher than the power supply voltage, a charge pump circuit is used. A charge pump circuit generates a voltage higher than the power supply voltage by repeatedly storing charge in a flying capacitor and transferring the stored charge to an output capacitor.

特許第6208504号公報Patent No. 6208504

フライングキャパシタを外付けのチップ部品とすると、アプリケーション回路の部品点数が増加し、コストアップの要因となる。また半導体集積回路には、フライングキャパシタを接続するためのパッドや端子を設ける必要があるため、チップ面積の増加の原因となる。 If the flying capacitor is an external chip component, the number of components in the application circuit increases, which leads to higher costs. In addition, the semiconductor integrated circuit must be provided with pads and terminals for connecting the flying capacitor, which leads to an increase in the chip area.

フライングキャパシタを半導体集積回路に内蔵する場合、キャパシタには大きな耐圧が必要となる。この場合、高耐圧のキャパシタを形成可能なプロセスを採用する必要がある。 When incorporating a flying capacitor into a semiconductor integrated circuit, the capacitor needs to have a high withstand voltage. In this case, it is necessary to adopt a process that can form a high-voltage capacitor.

あるいは、低耐圧のキャパシタを直列に接続して耐圧をかせぐ方法もあるが、この場合、キャパシタの面積が大きくなる。たとえば1pFのキャパシタが必要である場合には、2pFのキャパシタを2個、直列に接続する必要があり、キャパシタの面積は4倍となる。 Alternatively, a lower-voltage capacitor can be connected in series to increase the voltage resistance, but this increases the capacitor area. For example, if a 1pF capacitor is required, two 2pF capacitors must be connected in series, which increases the capacitor area by four times.

本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、キャパシタに要求される耐圧を下げることが可能なチャージポンプ回路の提供にある。 This disclosure has been made in consideration of these problems, and one exemplary purpose of one aspect of the disclosure is to provide a charge pump circuit that can reduce the withstand voltage required of a capacitor.

本開示のある態様はチャージポンプ回路に関する。チャージポンプ回路は、第1電圧を受ける入力ラインと、出力ラインと、第1端が入力ラインと接続された第1フライングキャパシタと、第1端が入力ラインと接続された第2フライングキャパシタと、第1電極が出力ラインと接続され、第2電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続された第1トランジスタと、第1電極が出力ラインと接続され、第2電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続された第2トランジスタと、第1電極が入力ラインと接続され、第2電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続された第3トランジスタと、第1電極が入力ラインと接続され、第2電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続された第4トランジスタと、クロック信号と同期して第1フライングキャパシタの第1端に、第1電圧をハイ、第1電圧よりも所定電圧幅低い第2電圧をローとする第1パルス電圧を印加するとともに、第2フライングキャパシタの第1端に、第1電圧をハイ、第2電圧をローとし、第1パルス電圧と逆相の第2パルス電圧を印加するドライバ回路と、を備え、ひとつの半導体基板に集積化される。 An aspect of the present disclosure relates to a charge pump circuit. The charge pump circuit includes an input line receiving a first voltage, an output line, a first flying capacitor having a first end connected to the input line, a second flying capacitor having a first end connected to the input line, a first transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the second flying capacitor, a second transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to the second end of the second flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a second transistor having a first electrode connected to the input line, a second electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor. a third transistor having a first electrode connected to the input line and a control electrode connected to the second end of the second flying capacitor; a fourth transistor having a first electrode connected to the input line and a second electrode connected to the second end of the second flying capacitor and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor; and a driver circuit that applies a first pulse voltage, in which the first voltage is high and a second voltage that is a predetermined voltage width lower than the first voltage is low, to the first end of the first flying capacitor in synchronization with the clock signal, and applies a second pulse voltage, in phase opposite to the first pulse voltage, with the first voltage being high and the second voltage being low, to the first end of the second flying capacitor, and are integrated on a single semiconductor substrate.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目(課題を解決するための手段)の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。 In addition, any combination of the above components, or mutual substitution of components or expressions between methods, devices, systems, etc., are also valid aspects of the present invention or disclosure. Furthermore, the description in this section (Means for solving the problem) does not explain all essential features of the present invention, and therefore, subcombinations of the described features may also constitute the present invention.

本開示のある態様によれば、フライングキャパシタに必要とされる耐圧を下げることができる。 According to certain aspects of the present disclosure, it is possible to reduce the withstand voltage required for flying capacitors.

図1は、実施形態に係るチャージポンプ回路を備える半導体集積回路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit including a charge pump circuit according to an embodiment. 図2は、図1のチャージポンプ回路の第1状態φ1を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the first state φ1 of the charge pump circuit of FIG. 図3は、図1のチャージポンプ回路の第2状態φ2を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the second state φ2 of the charge pump circuit of FIG. 図4は、ドライバ回路の構成例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the driver circuit. 図5は、ドライバ回路の別の構成例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing another example of the configuration of the driver circuit. 図6は、チャージポンプ回路を備えるモータドライバ回路の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a motor driver circuit including a charge pump circuit. 図7は、図6のモータドライバ回路の動作波形図である。FIG. 7 is an operational waveform diagram of the motor driver circuit of FIG.

(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
(Overview of the embodiment)
A summary of some exemplary embodiments of the present disclosure will be described. This summary is intended to provide a simplified overview of some concepts of one or more embodiments for a basic understanding of the embodiments as a prelude to the detailed description that follows, and is not intended to limit the scope of the invention or disclosure. This summary is not intended to be a comprehensive overview of all possible embodiments, nor is it intended to identify key elements of all embodiments or to delineate the scope of some or all aspects. For convenience, the term "one embodiment" may be used to refer to one embodiment (example or variant) or multiple embodiments (examples or variants) disclosed in this specification.

一実施形態に係るチャージポンプ回路は、第1電圧を受ける入力ラインと、出力ラインと、第1端が入力ラインと接続された第1フライングキャパシタと、第1端が入力ラインと接続された第2フライングキャパシタと、第1電極が出力ラインと接続され、第2電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続された第1トランジスタと、第1電極が出力ラインと接続され、第2電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続された第2トランジスタと、第1電極が入力ラインと接続され、第2電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続された第3トランジスタと、第1電極が入力ラインと接続され、第2電極が第2フライングキャパシタの第2端と接続され、制御電極が第1フライングキャパシタの第2端と接続された第4トランジスタと、クロック信号と同期して第1フライングキャパシタの第1端に、第1電圧をハイ、第1電圧よりも所定電圧幅低い第2電圧をローとする第1パルス電圧を印加するとともに、第2フライングキャパシタの第1端に、第1電圧をハイ、第2電圧をローとし、第1パルス電圧と逆相の第2パルス電圧を印加するドライバ回路と、を備え、ひとつの半導体基板に集積化される。 A charge pump circuit according to one embodiment includes an input line receiving a first voltage, an output line, a first flying capacitor having a first end connected to the input line, a second flying capacitor having a first end connected to the input line, a first transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to a second end of the first flying capacitor, and a control electrode connected to a second end of the second flying capacitor, a second transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to a second end of the second flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a first electrode connected to the input line and a second electrode connected to the input line of the first flying capacitor. The third transistor is connected to the second end and has a control electrode connected to the second end of the second flying capacitor; a fourth transistor has a first electrode connected to the input line, a second electrode connected to the second end of the second flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor; and a driver circuit that applies a first pulse voltage to the first end of the first flying capacitor in synchronization with a clock signal, with the first voltage being high and a second voltage being low that is a predetermined voltage width lower than the first voltage, and applies a second pulse voltage of opposite phase to the first pulse voltage, with the first voltage being high and the second voltage being low, to the first end of the second flying capacitor, and is integrated on a single semiconductor substrate.

この構成によると、フライングキャパシタの両端間には、所定電圧幅に相当する電圧が印加される。所定電圧幅は電源電圧よりも小さいため、フライングキャパシタに必要とされる耐圧を小さくできる。 With this configuration, a voltage equivalent to a predetermined voltage range is applied across the flying capacitor. Because the predetermined voltage range is smaller than the power supply voltage, the withstand voltage required for the flying capacitor can be reduced.

一実施形態において、ドライバ回路は、第1電圧よりも所定電圧幅低い第2電圧を生成する電圧源と、上側電源端子が入力ラインと接続され、下側電源端子が電圧源の出力と接続される第1インバータと、上側電源端子が入力ラインと接続され、下側電源端子が電圧源の出力と接続される第2インバータと、を含んでもよい。 In one embodiment, the driver circuit may include a voltage source that generates a second voltage that is a predetermined voltage step lower than the first voltage, a first inverter having an upper power supply terminal connected to an input line and a lower power supply terminal connected to an output of the voltage source, and a second inverter having an upper power supply terminal connected to the input line and a lower power supply terminal connected to an output of the voltage source.

一実施形態において、電圧源は、出力ノードと、入力ラインと出力ノードの間に設けられたツェナーダイオードと、を含んでもよい。この場合、所定電圧幅を、ツェナー電圧に応じて定めることができる。 In one embodiment, the voltage source may include an output node and a Zener diode provided between the input line and the output node. In this case, the predetermined voltage width can be determined according to the Zener voltage.

一実施形態において、電圧源は、入力ラインと出力ノードの間にツェナーダイオードと直列に接続されたダイオードをさらに含んでもよい。この場合、所定電圧幅を、ツェナー電圧とダイオードの順方向電圧の組み合わせに応じて定めることができる。 In one embodiment, the voltage source may further include a diode connected in series with the Zener diode between the input line and the output node. In this case, the predetermined voltage width can be determined according to a combination of the Zener voltage and the forward voltage of the diode.

一実施形態において、電圧源は、リニアレギュレータを含んでもよい。 In one embodiment, the voltage source may include a linear regulator.

一実施形態に係るモータドライバ回路は、ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、制御信号に応じてハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、を備えてもよい。ハイサイドドライバは、出力ラインがハイサイドトランジスタのゲートと接続されており、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、ハイサイドトランジスタの前記ゲートに供給する上述のいずれかのチャージポンプ回路と、制御信号がハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、チャージポンプ回路を動作させる充電制御回路と、を備えてもよい。 A motor driver circuit according to one embodiment may include a logic circuit that generates a control signal that instructs the high-side transistor to be on or off, and a high-side driver that drives the high-side transistor in response to the control signal. The high-side driver may include any of the above-mentioned charge pump circuits, the output line of which is connected to the gate of the high-side transistor, that generates a boosted voltage in response to a clock signal and supplies the boosted voltage to the gate of the high-side transistor, and a charge control circuit that operates the charge pump circuit in response to the control signal transitioning to an on state that instructs the high-side transistor to be on.

この構成によると、制御信号がオン状態に遷移した後の所定時間、チャージポンプ回路を動作させ、それ以外の期間はチャージポンプ回路を停止することにより、チャージポンプ回路のスイッチング損失を低減でき、高効率動作が可能となる。 With this configuration, the charge pump circuit operates for a predetermined time after the control signal transitions to the on state, and is stopped for the rest of the time, thereby reducing the switching loss of the charge pump circuit and enabling highly efficient operation.

(実施形態)
以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。
(Embodiment)
Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings. The same or equivalent components, parts, and processes shown in each drawing will be given the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted as appropriate. In addition, the embodiments are illustrative and do not limit the disclosure and invention, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the disclosure and invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, "a state in which component A is connected to component B" includes cases in which component A and component B are directly physically connected, and cases in which component A and component B are indirectly connected via other components that do not substantially affect their electrical connection state or impair the function or effect achieved by their combination.

同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 Similarly, "a state in which component C is provided between components A and B" includes not only cases in which components A and C, or components B and C, are directly connected, but also cases in which they are indirectly connected via other components that do not substantially affect their electrical connection state or impair the function or effect achieved by their combination.

また本明細書に示される波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。 The vertical and horizontal axes of the waveform diagrams and time charts shown in this specification have been enlarged or reduced as appropriate to facilitate understanding, and each waveform shown has been simplified to facilitate understanding.

図1は、実施形態に係るチャージポンプ回路300を備える半導体集積回路400の回路図である。チャージポンプ回路300は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されており、半導体集積回路400の機能ブロックの一つである。 FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit 400 including a charge pump circuit 300 according to an embodiment. The charge pump circuit 300 is integrated on a single semiconductor substrate and is one of the functional blocks of the semiconductor integrated circuit 400.

半導体集積回路400は、チャージポンプ回路300、オシレータ410、負荷回路420を備える。オシレータ410は、クロック信号CLKを生成する。チャージポンプ回路300は、クロック信号CLKと同期してスイッチング動作し、電源電圧Vccを昇圧して、電源電圧Vccより高い出力電圧VOUTを生成する。出力電圧VOUTは負荷回路420に供給される。 The semiconductor integrated circuit 400 includes a charge pump circuit 300, an oscillator 410, and a load circuit 420. The oscillator 410 generates a clock signal CLK. The charge pump circuit 300 performs a switching operation in synchronization with the clock signal CLK, boosts a power supply voltage Vcc, and generates an output voltage VOUT higher than the power supply voltage Vcc. The output voltage VOUT is supplied to the load circuit 420.

チャージポンプ回路300は、クロック入力ノードclkin、基準入力ノードrefin、出力ノードout、入力ライン302、出力ライン304、第1トランジスタM11~第4トランジスタM14、第1フライングキャパシタCf1、第2フライングキャパシタCf2、ドライバ回路320を備える。 The charge pump circuit 300 includes a clock input node clkin, a reference input node refin, an output node out, an input line 302, an output line 304, a first transistor M11 to a fourth transistor M14, a first flying capacitor Cf1, a second flying capacitor Cf2, and a driver circuit 320.

クロック入力ノードclkinには、オシレータ410からのクロック信号CLKが供給される。基準入力ノードrefinには、第1電圧V1として電源電圧VCCが供給される。入力ライン302は基準入力ノードrefinと接続される。出力ライン304は、出力ノードoutを介して負荷回路420が接続される。第1フライングキャパシタCf1および第2フライングキャパシタCf2はそれぞれ、第1端および第2端を有する。出力ライン304には、出力キャパシタが接続されてもよい。 A clock signal CLK is supplied to a clock input node clkin from an oscillator 410. A power supply voltage V CC is supplied to a reference input node refin as a first voltage V1. The input line 302 is connected to the reference input node refin. A load circuit 420 is connected to the output line 304 via an output node out. The first flying capacitor Cf1 and the second flying capacitor Cf2 each have a first end and a second end. An output capacitor may be connected to the output line 304.

第1トランジスタM11および第2トランジスタM12はPMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタである。第1トランジスタM11は、第1電極(ソース)が出力ライン304と接続され、第2電極(ドレイン)が第1フライングキャパシタCf1の第2端と接続される。第1トランジスタM11の制御電極(ゲート)は、第2フライングキャパシタCf2の第2端と接続される。 The first transistor M11 and the second transistor M12 are PMOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors. The first transistor M11 has a first electrode (source) connected to the output line 304 and a second electrode (drain) connected to the second end of the first flying capacitor Cf1. The control electrode (gate) of the first transistor M11 is connected to the second end of the second flying capacitor Cf2.

第2トランジスタM12は、第1電極(ソース)が出力ライン304と接続され、第2電極(ドレイン)が第2フライングキャパシタCf2の第2端と接続される。第2トランジスタM12の制御電極(ゲート)は第1フライングキャパシタCf1の第2端と接続される。 The second transistor M12 has a first electrode (source) connected to the output line 304 and a second electrode (drain) connected to the second end of the second flying capacitor Cf2. The control electrode (gate) of the second transistor M12 is connected to the second end of the first flying capacitor Cf1.

第3トランジスタM13および第4トランジスタM14は、NMOSトランジスタである。第3トランジスタM13は、第1電極(ソース)が入力ライン302と接続され、第2電極(ドレイン)が第1フライングキャパシタCf1の第2端と接続される。第3トランジスタM13の制御電極(ゲート)は第2フライングキャパシタCf2の第2端と接続される。 The third transistor M13 and the fourth transistor M14 are NMOS transistors. The third transistor M13 has a first electrode (source) connected to the input line 302 and a second electrode (drain) connected to the second end of the first flying capacitor Cf1. The control electrode (gate) of the third transistor M13 is connected to the second end of the second flying capacitor Cf2.

第4トランジスタM14は、第1電極(ソース)が入力ライン302と接続され、第2電極(ドレイン)が第2フライングキャパシタCf2の第2端と接続され、制御電極(ゲート)が第1フライングキャパシタCf1の第2端と接続される。 The fourth transistor M14 has a first electrode (source) connected to the input line 302, a second electrode (drain) connected to the second end of the second flying capacitor Cf2, and a control electrode (gate) connected to the second end of the first flying capacitor Cf1.

ドライバ回路320は、クロック信号CLKと同期して、第1フライングキャパシタCf1の第1端に、第1電圧V1(=Vcc)をハイ、第2電圧V2をローとする第1パルス電圧Vp1を印加する。第2電圧V2は、第1電圧V1よりも所定電圧幅ΔV低い正の電圧である。
V2=V1-ΔV>0
つまり、ΔV<V1が成り立つ。
The driver circuit 320 applies a first pulse voltage Vp1, in which a first voltage V1 (=Vcc) is high and a second voltage V2 is low, to a first end of the first flying capacitor Cf1 in synchronization with the clock signal CLK. The second voltage V2 is a positive voltage that is lower than the first voltage V1 by a predetermined voltage width ΔV.
V2=V1-ΔV>0
In other words, ΔV<V1 holds true.

またドライバ回路320は、クロック信号CLKと同期して、第2フライングキャパシタCf2の第1端に、第1電圧V1(=Vcc)をハイ、第2電圧V2をローとし、第1パルス電圧Vp1と逆相の第2パルス電圧Vp2を印加する。 In addition, the driver circuit 320 applies a second pulse voltage Vp2, which is in opposite phase to the first pulse voltage Vp1, to the first end of the second flying capacitor Cf2 in synchronization with the clock signal CLK, with the first voltage V1 (=Vcc) set to high and the second voltage V2 set to low.

ドライバ回路320は、第1インバータ322、第2インバータ324、電圧源326、レベルシフタ328を含む。 The driver circuit 320 includes a first inverter 322, a second inverter 324, a voltage source 326, and a level shifter 328.

電圧源326は、入力ライン302の第1電圧V1よりも所定電圧幅ΔV低い第2電圧V2を生成する。 The voltage source 326 generates a second voltage V2 that is a predetermined voltage step ΔV lower than the first voltage V1 of the input line 302.

レベルシフタ328は、クロック信号CLKを受け、レベルシフトする。 The level shifter 328 receives the clock signal CLK and performs level shifting.

第1インバータ322および第2インバータ324それぞれの上側電源端子は入力ライン302と接続され、第1電圧V1が供給される。第1インバータ322および第2インバータ324それぞれの下側電源端子は、電圧源326の出力と接続され、第2電圧V2が供給される。 The upper power supply terminals of the first inverter 322 and the second inverter 324 are connected to the input line 302 and are supplied with the first voltage V1. The lower power supply terminals of the first inverter 322 and the second inverter 324 are connected to the output of the voltage source 326 and are supplied with the second voltage V2.

第1インバータ322は、レベルシフト後のクロック信号CLKaを反転し、第1パルス電圧Vp1として第1フライングキャパシタCf1の第1端に印加する。第2インバータ324は、第1インバータ322の出力である第1パルス電圧Vp1を反転し、第2パルス電圧Vp2として第2フライングキャパシタCf2の第1端に印加する。 The first inverter 322 inverts the level-shifted clock signal CLKa and applies it to the first end of the first flying capacitor Cf1 as the first pulse voltage Vp1. The second inverter 324 inverts the first pulse voltage Vp1, which is the output of the first inverter 322, and applies it to the first end of the second flying capacitor Cf2 as the second pulse voltage Vp2.

以上が半導体集積回路400の構成である。続いてチャージポンプ回路300の動作を説明する。 The above is the configuration of the semiconductor integrated circuit 400. Next, the operation of the charge pump circuit 300 will be explained.

チャージポンプ回路300は、クロック信号CLKに応じて、第1状態φ1と第2状態φ2を交互に繰り返す。 The charge pump circuit 300 alternates between the first state φ1 and the second state φ2 in response to the clock signal CLK.

図2は、図1のチャージポンプ回路300の第1状態φ1を示す図である。第1状態φ1では、Vp1=V1、Vp2=V2である。またトランジスタM11,M14がオン、トランジスタM12,M13がオフとなる。 Figure 2 is a diagram showing the first state φ1 of the charge pump circuit 300 in Figure 1. In the first state φ1, Vp1 = V1, Vp2 = V2. Also, transistors M11 and M14 are on, and transistors M12 and M13 are off.

第4トランジスタM14がオンであるため、第2フライングキャパシタCf2の第2端は、第4トランジスタM14を介して入力ライン302と接続される。したがって、第2フライングキャパシタCf2の両端間には、V1-V2=ΔVが印加され、充電される。 Because the fourth transistor M14 is on, the second end of the second flying capacitor Cf2 is connected to the input line 302 via the fourth transistor M14. Therefore, V1-V2=ΔV is applied across the second flying capacitor Cf2, causing it to be charged.

一方で、第1フライングキャパシタCf1は、直前の第2状態φ2において充電されており、その両端間電圧は、ΔVとなっている。第1フライングキャパシタCf1の第1端の電位はV1であるから、第1フライングキャパシタCf1の第2端の電位は、V1+ΔVとなる。この電圧V1+ΔVが、第1トランジスタM11を経由して出力ライン304に供給される。 On the other hand, the first flying capacitor Cf1 is charged in the immediately preceding second state φ2, and the voltage across it is ΔV. Since the potential at the first end of the first flying capacitor Cf1 is V1, the potential at the second end of the first flying capacitor Cf1 is V1+ΔV. This voltage V1+ΔV is supplied to the output line 304 via the first transistor M11.

図3は、図1のチャージポンプ回路300の第2状態φ2を示す図である。第2状態φ2では、Vp1=V2、Vp2=V1である。またトランジスタM11,M14がオフ、トランジスタM12,M13がオンとなる。 Figure 3 is a diagram showing the second state φ2 of the charge pump circuit 300 in Figure 1. In the second state φ2, Vp1 = V2, Vp2 = V1. Also, transistors M11 and M14 are off, and transistors M12 and M13 are on.

第3トランジスタM13がオンであるため、第1フライングキャパシタCf1の第2端は、第3トランジスタM13を介して入力ライン302と接続される。したがって、第1フライングキャパシタCf1の両端間には、V1-V2=ΔVが印加され、充電される。 Because the third transistor M13 is on, the second end of the first flying capacitor Cf1 is connected to the input line 302 via the third transistor M13. Therefore, V1-V2=ΔV is applied across the first flying capacitor Cf1, causing it to be charged.

一方で、第2フライングキャパシタCf2は、直前の第1状態φ1において充電されており、その両端間電圧は、ΔVとなっている。第2フライングキャパシタCf2の第1端の電位はV1であるから、第2フライングキャパシタCf2の第2端の電位は、V1+ΔVとなる。この電圧V1+ΔVが、第2トランジスタM12を経由して出力ライン304に供給される。 On the other hand, the second flying capacitor Cf2 is charged in the immediately preceding first state φ1, and the voltage across it is ΔV. Since the potential at the first end of the second flying capacitor Cf2 is V1, the potential at the second end of the second flying capacitor Cf2 is V1+ΔV. This voltage V1+ΔV is supplied to the output line 304 via the second transistor M12.

チャージポンプ回路300は、第1状態φ1と第2状態φ2を交互に繰り返すことにより、出力ライン304に、出力電圧VOUT=V1+ΔVを発生させる。 The charge pump circuit 300 generates an output voltage V OUT =V1+ΔV on the output line 304 by alternately repeating a first state φ1 and a second state φ2.

以上がチャージポンプ回路300の動作である。続いてその利点を説明する。 The above is the operation of the charge pump circuit 300. Next, we will explain its advantages.

チャージポンプ回路300の利点は比較技術との対比によって明確となる。比較技術では、第1インバータ322および第2インバータ324の下側電源端子が接地される。この場合、第1状態φ1、第2状態φ2において、第1フライングキャパシタCf1および第2フライングキャパシタCf2は、第1電圧V1(すなわち電源電圧VCC)で充電される。したがって、第1フライングキャパシタCf1と第2フライングキャパシタCf2の耐圧は、電源電圧VCCにもとづいて定める必要がある。VCC=12Vの場合、第1フライングキャパシタCf1、第2フライングキャパシタCf2には、12V以上の耐圧が要求される。 The advantages of the charge pump circuit 300 become clear when compared with the comparative technique. In the comparative technique, the lower power supply terminals of the first inverter 322 and the second inverter 324 are grounded. In this case, in the first state φ1 and the second state φ2, the first flying capacitor Cf1 and the second flying capacitor Cf2 are charged with the first voltage V1 (i.e., the power supply voltage V CC ). Therefore, the withstand voltages of the first flying capacitor Cf1 and the second flying capacitor Cf2 must be determined based on the power supply voltage V CC . When V CC =12V, the first flying capacitor Cf1 and the second flying capacitor Cf2 are required to have a withstand voltage of 12V or more.

実施形態に戻る。本実施形態では、第1状態φ1、第2状態φ2において、第1フライングキャパシタCf1および第2フライングキャパシタCf2は、第1電圧V1と第2電圧V2の電位差であるΔVで充電される。したがって、第1フライングキャパシタCf1と第2フライングキャパシタCf2の耐圧は、所定電圧幅ΔVにもとづいて定めればよい。ΔV<VCCが成り立つから、第1フライングキャパシタCf1および第2フライングキャパシタCf2に要求される耐圧は、比較技術に比べて小さくできる。 Returning to the embodiment, in the first state φ1 and the second state φ2, the first flying capacitor Cf1 and the second flying capacitor Cf2 are charged with ΔV, which is the potential difference between the first voltage V1 and the second voltage V2. Therefore, the withstand voltages of the first flying capacitor Cf1 and the second flying capacitor Cf2 may be determined based on a predetermined voltage width ΔV. Since ΔV<V CC holds, the withstand voltage required of the first flying capacitor Cf1 and the second flying capacitor Cf2 can be made smaller than that of the comparative technology.

図4は、ドライバ回路320の構成例を示す回路図である。第1インバータ322および第2インバータ324の下側電源端子は、定電圧ライン306と接続される。電圧源326は、バッファ329およびツェナーダイオードZD1、抵抗R1を含む。ツェナーダイオードZD1は、入力ライン302とバッファ329の入力の間に接続される。ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧をVとするとき、ノードn1には、電圧Vxが発生する。
Vx=V1-V
バッファ329はたとえばオペアンプを用いたボルテージフォロア回路であり、電流シンク能力を有する。バッファ329によって、電圧V2は、Vxと等しく保たれる。
V2=Vx=V1-V
となる。つまり、所定電圧幅ΔVは、ツェナー電圧Vと等しくなる。なお、バッファ329の入力インピーダンスが低い場合、抵抗R1は省略できる。
4 is a circuit diagram showing a configuration example of the driver circuit 320. The lower power supply terminals of the first inverter 322 and the second inverter 324 are connected to the constant voltage line 306. The voltage source 326 includes a buffer 329, a Zener diode ZD1, and a resistor R1. The Zener diode ZD1 is connected between the input line 302 and the input of the buffer 329. When the Zener voltage of the Zener diode ZD1 is VZ , a voltage Vx is generated at the node n1.
Vx=V1- VZ
The buffer 329 is, for example, a voltage follower circuit using an operational amplifier, and has a current sink capability. The buffer 329 keeps the voltage V2 equal to Vx.
V2=Vx=V1-V Z
That is, the predetermined voltage width ΔV is equal to the Zener voltage V Z. If the input impedance of the buffer 329 is low, the resistor R1 can be omitted.

所定電圧幅ΔVを、ツェナー電圧Vより大きくしたい場合、ツェナーダイオードZD1と直列に、1個または複数のダイオードD1を追加すればよい。ダイオードD1の個数をnとするとき、
ΔV=V+n×Vf
となる。VfはダイオードD1の順方向電圧である。
If it is desired to make the predetermined voltage step ΔV larger than the Zener voltage VZ , one or more diodes D1 may be added in series with the Zener diode ZD1. When the number of diodes D1 is n,
ΔV=V Z +n×Vf
Vf is the forward voltage of the diode D1.

図5は、ドライバ回路320の別の構成例を示す回路図である。図5のドライバ回路320は、図4のドライバ回路320のバッファ329を、PMOSトランジスタMP1に置換したものである。トランジスタMP1はソースフォロア回路を形成しており、定電圧ライン306の電圧V2は、
V2=Vn1+Vth(p)
となる。Vth(p)はPMOSトランジスタのゲートしきい値電圧である。
5 is a circuit diagram showing another example of the configuration of the driver circuit 320. In the driver circuit 320 of FIG. 5, the buffer 329 of the driver circuit 320 of FIG. 4 is replaced with a PMOS transistor MP1. The transistor MP1 forms a source follower circuit, and the voltage V2 of the constant voltage line 306 is expressed as follows:
V2=Vn1+Vth(p)
Vth(p) is the gate threshold voltage of the PMOS transistor.

V2=V1-V+Vth(p)
が成り立つから、所定電圧幅ΔVは、V-Vth(p)となる。図5においても、ツェナーダイオードZD1と直列に、1個または複数のダイオードD1を追加してもよい。
V2=V1- VZ +Vth(p)
Therefore, the predetermined voltage width ΔV is V Z -Vth(p).Also in FIG. 5, one or more diodes D1 may be added in series with the Zener diode ZD1.

電圧源326は、その他の構成のシリーズレギュレータであってもよいし、シャントレギュレータであってもよい。 The voltage source 326 may be a series regulator of other configurations or a shunt regulator.

続いてチャージポンプ回路300の用途を説明する。チャージポンプ回路300は、モータドライバ回路に利用することができる。 Next, we will explain the uses of the charge pump circuit 300. The charge pump circuit 300 can be used in a motor driver circuit.

図6は、チャージポンプ回路300を備えるモータドライバ回路100Bの回路図である。モータの相数は特に限定されず、単相であってもよいし、多相(たとえば3相)であってもよく、レグの個数は、モータに応じて設計される。 Figure 6 is a circuit diagram of a motor driver circuit 100B that includes a charge pump circuit 300. The number of phases of the motor is not particularly limited and may be single-phase or multi-phase (e.g., three-phase), and the number of legs is designed according to the motor.

モータドライバ回路100Bは、インバータ回路のレグ102、オシレータ110、ロジック回路120、ハイサイドドライバ130B、ローサイドドライバ140を備える。出力ピンOUTには、駆動対象のモータのコイルLが接続される。電源ピンVCCには、電源電圧VCCが供給され、接地ピンGNDは接地される。 The motor driver circuit 100B includes a leg 102 of an inverter circuit, an oscillator 110, a logic circuit 120, a high-side driver 130B, and a low-side driver 140. A coil L of a motor to be driven is connected to an output pin OUT. A power supply voltage VCC is supplied to a power supply pin VCC, and a ground pin GND is grounded.

レグ102は、上アームであるハイサイドトランジスタM1と、下アームであるローサイドトランジスタM2と、を含む。 Leg 102 includes a high-side transistor M1, which is the upper arm, and a low-side transistor M2, which is the lower arm.

オシレータ110は、クロック信号CLKを生成する。クロック信号CLKは、モータドライバ回路100Bのシステムクロックであってもよく、ロジック回路120に供給される。 The oscillator 110 generates a clock signal CLK. The clock signal CLK may be a system clock for the motor driver circuit 100B, and is supplied to the logic circuit 120.

ロジック回路120は、入力信号INに応じて、ハイサイドトランジスタM1のオン、オフを指示する制御信号CTRLHを生成する。またロジック回路120は、入力信号INに応じて、ローサイドトランジスタM2のオン、オフを指示する制御信号CTRLLを生成する。 The logic circuit 120 generates a control signal CTRLH that instructs the high-side transistor M1 to be on or off in response to the input signal IN. The logic circuit 120 also generates a control signal CTRLL that instructs the low-side transistor M2 to be on or off in response to the input signal IN.

ハイサイドドライバ130Bは、制御信号CTRLHに応じてハイサイドトランジスタM1を駆動する。ローサイドドライバ140は、制御信号CTRLLに応じてローサイドトランジスタM2を駆動する。 The high-side driver 130B drives the high-side transistor M1 in response to the control signal CTRLH. The low-side driver 140 drives the low-side transistor M2 in response to the control signal CTRLL.

ハイサイドドライバ130Bは、チャージポンプ回路132B、充電制御回路138、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、ターンオフ回路136を含む。 The high-side driver 130B includes a charge pump circuit 132B, a charge control circuit 138, a first switch SW1, a second switch SW2, and a turn-off circuit 136.

チャージポンプ回路132Bは、クロック入力ノードclkinに供給されるクロック信号Vclkinに応じてスイッチング動作を行い、昇圧電圧VCPを発生する。昇圧電圧VCPは、ハイサイドトランジスタM1のゲートに供給される。 The charge pump circuit 132B performs a switching operation in response to a clock signal Vclkin supplied to a clock input node clkin, and generates a boosted voltage VCP . The boosted voltage VCP is supplied to the gate of the high-side transistor M1.

チャージポンプ回路132Bは、実施形態に係るチャージポンプ回路300である。 The charge pump circuit 132B is the charge pump circuit 300 according to the embodiment.

第1スイッチSW1は、チャージポンプ回路132Bのクロック入力ノードclkinと、オシレータ110の出力ノードの間に設けられる。 The first switch SW1 is provided between the clock input node clkin of the charge pump circuit 132B and the output node of the oscillator 110.

制御信号CTRLHは、ハイサイドオン信号HONと、ハイサイドオフ信号HOFFを含む。ハイサイドオン信号HONは、ハイサイドトランジスタM1のオン期間においてアサート(たとえばハイ)される信号であり、ローサイドオン信号LONは、ハイサイドトランジスタM1のオフ期間においてアサート(たとえばハイ)される信号である。 The control signal CTRLH includes a high-side on signal HON and a high-side off signal HOFF. The high-side on signal HON is a signal that is asserted (e.g., high) during the on period of the high-side transistor M1, and the low-side on signal LON is a signal that is asserted (e.g., high) during the off period of the high-side transistor M1.

充電制御回路138Bは、ハイサイドオン信号HONにもとづいて、制御信号S1,S2を生成し、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3を制御する。第3スイッチSW3は、ハイサイドオン信号HONがアサートされる期間、オンとなる。 The charging control circuit 138B generates control signals S1 and S2 based on the high side on signal HON to control the first switch SW1 and the third switch SW3. The third switch SW3 is on during the period when the high side on signal HON is asserted.

第1スイッチSW1は、ハイサイドオン信号HONがアサートされる期間中、オンし続けてもよい。あるいは第1スイッチSW1は、ハイサイドオン信号HONがアサートされてから、ある充電期間の間だけ、オン状態となり、ハイサイドトランジスタM1のゲート電圧Vgateが十分に高くなった後に、オフとなってもよい。 The first switch SW1 may be kept on while the high-side on signal HON is asserted, or may be turned on only for a certain charging period after the high-side on signal HON is asserted, and turned off after the gate voltage Vgate of the high-side transistor M1 becomes sufficiently high.

第1スイッチSW1がオンの期間、チャージポンプ回路132のクロック入力ノードclkinにクロック信号CLKが供給され、チャージポンプ回路132がイネーブル状態となり、昇圧電圧VCPが、ハイサイドトランジスタM1のゲートに供給され、ハイサイドトランジスタM1がオン状態となる。 While the first switch SW1 is on, the clock signal CLK is supplied to the clock input node clkin of the charge pump circuit 132, the charge pump circuit 132 is enabled, the boosted voltage VCP is supplied to the gate of the high-side transistor M1, and the high-side transistor M1 is turned on.

好ましくは、充電制御回路138Bは、ハイサイドオン信号HONがアサートされると、直ちに第3スイッチSW3をオン状態とする。第3スイッチSW3は、ハイサイドトランジスタM1のオン期間の間、オンを維持する。充電制御回路138Bは、第3スイッチSW3をターンオンしてから、ある遅延時間TTIMER1の経過後に、第1スイッチSW1をターンオンし、それから所定時間TTIMER2の経過後に、第1スイッチSW1をターンオフする。充電制御回路138Bは、所定時間TTIMER1を測定するタイマー回路を含み、タイマー回路がタイマー動作を行っている間、第1スイッチSW1をオンしてもよい。 Preferably, the charge control circuit 138B turns on the third switch SW3 immediately when the high-side on signal HON is asserted. The third switch SW3 is maintained on during the on-period of the high-side transistor M1. The charge control circuit 138B turns on the first switch SW1 after a certain delay time T TIMER1 has elapsed since turning on the third switch SW3, and turns off the first switch SW1 after a predetermined time T TIMER2 has elapsed since then. The charge control circuit 138B may include a timer circuit that measures the predetermined time T TIMER1 , and may turn on the first switch SW1 while the timer circuit is performing a timer operation.

ターンオフ回路136は、制御信号CTRLHがハイサイドトランジスタM1のオフを指示するときにハイサイドトランジスタM1のゲートの電圧Vgateを低下させる。ターンオフ回路136は、ハイサイドオフ信号HOFFがアサートされる期間、オンとなる第2スイッチSW2を含む。第2スイッチSW2は、ハイサイドトランジスタM1のゲートと接地の間に接続される。スイッチSW2がオンの期間、ハイサイドトランジスタM1のゲート容量の電荷が放電され、ゲート電圧Vgateが低下してハイサイドトランジスタM1がオフ状態となる。 The turn-off circuit 136 reduces the voltage Vgate of the gate of the high-side transistor M1 when the control signal CTRLH instructs the high-side transistor M1 to be turned off. The turn-off circuit 136 includes a second switch SW2 that is turned on during the period when the high-side off signal HOFF is asserted. The second switch SW2 is connected between the gate of the high-side transistor M1 and the ground. During the period when the switch SW2 is on, the charge of the gate capacitance of the high-side transistor M1 is discharged, the gate voltage Vgate is reduced, and the high-side transistor M1 is turned off.

図7は、図6のモータドライバ回路100Bの動作波形図である。 Figure 7 is an operational waveform diagram of the motor driver circuit 100B in Figure 6.

時刻tに入力信号INがハイとなると、制御信号S2がハイとなり、第3スイッチSW3がターンオンする。これにより、チャージポンプ回路132Bの基準入力ノードrefinに電源電圧VCCが供給され、チャージポンプ回路132Bの出力電圧VCPは、電源電圧VCCまで速やかに上昇する。 When the input signal IN goes high at time t0 , the control signal S2 goes high and the third switch SW3 turns on, causing the power supply voltage V CC to be supplied to the reference input node refin of the charge pump circuit 132B, and the output voltage V CP of the charge pump circuit 132B quickly rises to the power supply voltage V CC .

時刻tから所定時間TTIMER1経過後の時刻tに、制御信号S1がハイとなり、チャージポンプ回路132Bのクロック入力ノードclkinに、クロック信号Vclkinが供給され、チャージポンプ回路132Bがチャージポンプ動作を開始する。チャージポンプ動作により、チャージポンプ回路132Bの出力電圧VCPは、最大レベルVgatemaxまで上昇する。その後、所定時間TTIMER2の経過後の時刻tに制御信号S1がオフとなり、チャージポンプ動作が停止する。 At time t1 , a predetermined time TTIMER1 has elapsed since time t0 , the control signal S1 goes high, a clock signal Vclkin is supplied to the clock input node clkin of the charge pump circuit 132B, and the charge pump circuit 132B starts a charge pump operation. The charge pump operation causes the output voltage VCP of the charge pump circuit 132B to rise to a maximum level Vgatemax. Thereafter, at time t2 , a predetermined time TTIMER2 has elapsed, the control signal S1 goes off, and the charge pump operation stops.

以上がモータドライバ回路100Bの動作である。このモータドライバ回路100Bによれば、時刻t~tの期間において、ハイサイドトランジスタM1のゲート電圧Vgateを、電源電圧VCCまで速やかに上昇させ、その後、チャージポンプ動作によって最大レベルVgatemaxまで上昇させる。これにより、ハイサイドトランジスタM1を短時間でターンオンさせることができる。また、チャージポンプ回路132Bがチャージポンプ動作する期間を短くできるため、消費電力をさらに削減できる。 The above is the operation of the motor driver circuit 100B. According to this motor driver circuit 100B, in the period from time t0 to t1 , the gate voltage Vgate of the high-side transistor M1 is quickly raised to the power supply voltage Vcc , and then raised to the maximum level Vgatemax by the charge pump operation. This allows the high-side transistor M1 to be turned on in a short time. In addition, the period during which the charge pump circuit 132B performs the charge pump operation can be shortened, thereby further reducing power consumption.

なお、チャージポンプ回路300の用途はモータドライバ回路には限定されず、Nチャンネルのハイサイドトランジスタを駆動するさまざまなドライバ回路に利用することができる。さらに言えば、チャージポンプ回路300の用途は、ハイサイドトランジスタの駆動に限定されるものではなく、電源電圧VCCより高い電圧が必要とされるさまざまな集積回路に利用することができる。 The use of the charge pump circuit 300 is not limited to a motor driver circuit, but can be used in various driver circuits that drive N-channel high-side transistors. Furthermore, the use of the charge pump circuit 300 is not limited to driving high-side transistors, but can be used in various integrated circuits that require a voltage higher than the power supply voltage V CC .

(付記)
本明細書には以下の技術が開示される。
(Additional Note)
The present specification discloses the following techniques.

(項目1)
第1電圧を受ける入力ラインと、
出力ラインと、
第1端および第2端を有する第1フライングキャパシタと、
第1端および第2端を有する第2フライングキャパシタと、
第1電極が前記出力ラインと接続され、第2電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続された第1トランジスタと、
第1電極が前記出力ラインと接続され、第2電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続された第2トランジスタと、
第1電極が前記入力ラインと接続され、第2電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続された第3トランジスタと、
第1電極が前記入力ラインと接続され、第2電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続された第4トランジスタと、
クロック信号と同期して前記第1フライングキャパシタの前記第1端に、前記第1電圧をハイ、前記第1電圧よりも所定電圧幅低い第2電圧をローとする第1パルス電圧を印加するとともに、前記第2フライングキャパシタの前記第1端に、前記第1電圧をハイ、前記第2電圧をローとし、前記第1パルス電圧と逆相の第2パルス電圧を印加するドライバ回路と、
を備え、ひとつの半導体基板に集積化された、チャージポンプ回路。
(Item 1)
an input line for receiving a first voltage;
An output line;
a first flying capacitor having a first end and a second end;
a second flying capacitor having a first end and a second end;
a first transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the second flying capacitor;
a second transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to the second end of the second flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor;
a third transistor having a first electrode connected to the input line, a second electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the second flying capacitor;
a fourth transistor having a first electrode connected to the input line, a second electrode connected to the second end of the second flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor;
a driver circuit that applies a first pulse voltage, in which the first voltage is set to high and a second voltage that is lower than the first voltage by a predetermined voltage width to low, to the first end of the first flying capacitor in synchronization with a clock signal, and also applies a second pulse voltage, in which the first voltage is set to high and the second voltage is set to low, and which is in opposite phase to the first pulse voltage, to the first end of the second flying capacitor;
and integrated on a single semiconductor substrate.

(項目2)
前記ドライバ回路は、
前記第1電圧よりも前記所定電圧幅低い第2電圧を生成する電圧源と、
上側電源端子が前記入力ラインと接続され、下側電源端子が前記電圧源の出力と接続される第1インバータと、
上側電源端子が前記入力ラインと接続され、下側電源端子が前記電圧源の出力と接続される第2インバータと、
を含む、項目1に記載のチャージポンプ回路。
(Item 2)
The driver circuit includes:
a voltage source that generates a second voltage that is lower than the first voltage by the predetermined voltage width;
a first inverter having an upper power supply terminal connected to the input line and a lower power supply terminal connected to the output of the voltage source;
a second inverter having an upper power supply terminal connected to the input line and a lower power supply terminal connected to the output of the voltage source;
2. The charge pump circuit of claim 1, comprising:

(項目3)
前記電圧源は、
出力ノードと、
前記入力ラインと前記出力ノードの間に設けられたツェナーダイオードと、
を含む、項目2に記載のチャージポンプ回路。
(Item 3)
The voltage source is
An output node;
a Zener diode provided between the input line and the output node;
3. The charge pump circuit of claim 2, comprising:

(項目4)
前記電圧源は、前記入力ラインと前記出力ノードの間に前記ツェナーダイオードと直列に接続されたダイオードをさらに含む、項目3に記載のチャージポンプ回路。
(Item 4)
4. The charge pump circuit of claim 3, wherein the voltage source further includes a diode connected in series with the Zener diode between the input line and the output node.

(項目5)
前記電圧源は、リニアレギュレータを含む、項目2に記載のチャージポンプ回路。
(Item 5)
3. The charge pump circuit of claim 2, wherein the voltage source includes a linear regulator.

(項目6)
ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、
前記制御信号に応じて前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
前記出力ラインが前記ハイサイドトランジスタのゲートと接続されており、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、前記ハイサイドトランジスタの前記ゲートに供給する項目1から5のいずれかに記載のチャージポンプ回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、前記チャージポンプ回路を動作させる充電制御回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオフを指示するときに前記ハイサイドトランジスタの前記ゲートの電圧を低下させるターンオフ回路と、
を備える、モータドライバ回路。
(Item 6)
a logic circuit that generates a control signal that instructs turning on and off the high-side transistor;
a high-side driver that drives the high-side transistor in response to the control signal;
Equipped with
The high side driver is
The charge pump circuit according to any one of items 1 to 5, wherein the output line is connected to a gate of the high-side transistor, the charge pump circuit generates a boost voltage in response to a clock signal, and supplies the boost voltage to the gate of the high-side transistor;
a charge control circuit that operates the charge pump circuit in response to the control signal transitioning to an on state instructing the high-side transistor to be on;
a turn-off circuit that reduces a voltage of the gate of the high-side transistor when the control signal instructs the high-side transistor to be turned off;
A motor driver circuit comprising:

100 モータドライバ回路
M1 ハイサイドトランジスタ
M2 ローサイドトランジスタ
110 オシレータ
120 ロジック回路
130 ハイサイドドライバ
132 チャージポンプ回路
136 ターンオフ回路
138 充電制御回路
140 ローサイドドライバ
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
SW3 第3スイッチ
300 チャージポンプ回路
302 入力ライン
304 出力ライン
M11 第1トランジスタ
M12 第2トランジスタ
M13 第3トランジスタ
M14 第4トランジスタ
Cf1 第1フライングキャパシタ
Cf2 第2フライングキャパシタ
320 ドライバ回路
322 第1インバータ
324 第2インバータ
326 電圧源
328 レベルシフタ
400 半導体集積回路
410 オシレータ
420 負荷回路
100 Motor driver circuit M1 High side transistor M2 Low side transistor 110 Oscillator 120 Logic circuit 130 High side driver 132 Charge pump circuit 136 Turn-off circuit 138 Charging control circuit 140 Low side driver SW1 First switch SW2 Second switch SW3 Third switch 300 Charge pump circuit 302 Input line 304 Output line M11 First transistor M12 Second transistor M13 Third transistor M14 Fourth transistor Cf1 First flying capacitor Cf2 Second flying capacitor 320 Driver circuit 322 First inverter 324 Second inverter 326 Voltage source 328 Level shifter 400 Semiconductor integrated circuit 410 Oscillator 420 Load circuit

Claims (6)

第1電圧を受ける入力ラインと、
出力ラインと、
第1端および第2端を有する第1フライングキャパシタと、
第1端および第2端を有する第2フライングキャパシタと、
第1電極が前記出力ラインと接続され、第2電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続された第1トランジスタと、
第1電極が前記出力ラインと接続され、第2電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続された第2トランジスタと、
第1電極が前記入力ラインと接続され、第2電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続された第3トランジスタと、
第1電極が前記入力ラインと接続され、第2電極が前記第2フライングキャパシタの前記第2端と接続され、制御電極が前記第1フライングキャパシタの前記第2端と接続された第4トランジスタと、
クロック信号と同期して前記第1フライングキャパシタの前記第1端に、前記第1電圧をハイ、前記第1電圧よりも所定電圧幅低い第2電圧をローとする第1パルス電圧を印加するとともに、前記第2フライングキャパシタの前記第1端に、前記第1電圧をハイ、前記第2電圧をローとし、前記第1パルス電圧と逆相の第2パルス電圧を印加するドライバ回路と、
を備え、ひとつの半導体基板に集積化された、チャージポンプ回路。
an input line for receiving a first voltage;
An output line;
a first flying capacitor having a first end and a second end;
a second flying capacitor having a first end and a second end;
a first transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the second flying capacitor;
a second transistor having a first electrode connected to the output line, a second electrode connected to the second end of the second flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor;
a third transistor having a first electrode connected to the input line, a second electrode connected to the second end of the first flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the second flying capacitor;
a fourth transistor having a first electrode connected to the input line, a second electrode connected to the second end of the second flying capacitor, and a control electrode connected to the second end of the first flying capacitor;
a driver circuit that applies a first pulse voltage, in which the first voltage is set to high and a second voltage that is lower than the first voltage by a predetermined voltage width to low, to the first end of the first flying capacitor in synchronization with a clock signal, and also applies a second pulse voltage, in which the first voltage is set to high and the second voltage is set to low, and which is in opposite phase to the first pulse voltage, to the first end of the second flying capacitor;
and integrated on a single semiconductor substrate.
前記ドライバ回路は、
前記第1電圧よりも前記所定電圧幅低い第2電圧を生成する電圧源と、
上側電源端子が前記入力ラインと接続され、下側電源端子が前記電圧源の出力と接続される第1インバータと、
上側電源端子が前記入力ラインと接続され、下側電源端子が前記電圧源の出力と接続される第2インバータと、
を含む、請求項1に記載のチャージポンプ回路。
The driver circuit includes:
a voltage source that generates a second voltage that is lower than the first voltage by the predetermined voltage width;
a first inverter having an upper power supply terminal connected to the input line and a lower power supply terminal connected to the output of the voltage source;
a second inverter having an upper power supply terminal connected to the input line and a lower power supply terminal connected to the output of the voltage source;
2. The charge pump circuit of claim 1, comprising:
前記電圧源は、
出力ノードと、
前記入力ラインと前記出力ノードの間に設けられたツェナーダイオードと、
を含む、請求項2に記載のチャージポンプ回路。
The voltage source is
An output node;
a Zener diode provided between the input line and the output node;
3. The charge pump circuit of claim 2, comprising:
前記電圧源は、前記入力ラインと前記出力ノードの間に前記ツェナーダイオードと直列に接続されたダイオードをさらに含む、請求項3に記載のチャージポンプ回路。 The charge pump circuit of claim 3, wherein the voltage source further includes a diode connected in series with the Zener diode between the input line and the output node. 前記電圧源は、リニアレギュレータを含む、請求項2に記載のチャージポンプ回路。 The charge pump circuit of claim 2, wherein the voltage source includes a linear regulator. ハイサイドトランジスタのオン、オフを指示する制御信号を生成するロジック回路と、
前記制御信号に応じて前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
前記出力ラインが前記ハイサイドトランジスタのゲートと接続されており、クロック信号に応じて昇圧電圧を発生し、前記ハイサイドトランジスタの前記ゲートに供給する請求項1から5のいずれかに記載のチャージポンプ回路と、
前記制御信号が前記ハイサイドトランジスタのオンを指示するオン状態に遷移したことに応答して、前記チャージポンプ回路を動作させる充電制御回路と、
を備える、モータドライバ回路。
a logic circuit that generates a control signal that instructs turning on and off the high-side transistor;
a high-side driver that drives the high-side transistor in response to the control signal;
Equipped with
The high side driver is
a charge pump circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the output line is connected to a gate of the high-side transistor, the charge pump circuit generates a boosted voltage in response to a clock signal, and supplies the boosted voltage to the gate of the high-side transistor;
a charge control circuit that operates the charge pump circuit in response to the control signal transitioning to an on state instructing the high-side transistor to be on;
A motor driver circuit comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12346060B2 (en) * 2023-03-07 2025-07-01 Ricoh Company, Ltd. Developing device, process cartridge, and image forming apparatus

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