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JP3184158B2 - チャージポンプの出力電圧制限回路 - Google Patents

チャージポンプの出力電圧制限回路

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JP3184158B2
JP3184158B2 JP26257098A JP26257098A JP3184158B2 JP 3184158 B2 JP3184158 B2 JP 3184158B2 JP 26257098 A JP26257098 A JP 26257098A JP 26257098 A JP26257098 A JP 26257098A JP 3184158 B2 JP3184158 B2 JP 3184158B2
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Japan
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diffusion layer
layer region
charge pump
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conductivity type
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Inventor
盛二 下津
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九州日本電気株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チャージポンプの
出力電圧制限回路に係わり、特に、チャージポンプの余
剰電荷を電源電圧端子に戻入するようにしたチャージポ
ンプの出力電圧制限回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のチャージポンプの電圧制限回路と
しては、例えば、特開平7−226093号公報に記載
されたように、ツエナーダイオードにおける逆バイアス
の降伏電圧を利用して電圧を制限している回路が知られ
ている。しかし、この回路の場合、チャージポンプの余
剰電荷は、GND端子に廃棄しているので、余剰電荷は
消費電流となるという欠点があった。
【0003】叉、他の回路方式としては、例えば、特開
平6−62562号公報の従来の技術の欄に記載された
ように(図3に示した)、トランジスタのしきい値を利
用して電圧を制限し、チャージポンプの余剰電荷を、電
源電圧端子に戻入している回路が知られている。この回
路の場合、チャージポンプの余剰電流が、大きくなる
と、トランジスタの駆動能力が不足し、予定の制限電圧
より大きくなってしまう。この為、トランジスタN1、
N2の抵抗を下げる必要があり、大きなレイアウト面積
となってしまい、また、トランジスタのしきい値は、製
造バラツキが大きい為、制限電圧の精度が悪いという欠
点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、精度良くチャージ
ポンプの出力電圧を制限すると共に、消費電流を低減し
た新規なチャージポンプの出力電圧制限回路を提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わるチ
ャージポンプの出力電圧制限回路の第1態様は、 ャー
ジポンプの出力電圧制限回路であって、前記電圧制限回
路を、第1導電型の半導体基板上に形成した不純物濃度
の薄い第2導電型の拡散層領域と、前記不純物濃度の薄
い第2導電型の拡散層領域内に形成した不純物濃度の濃
い第2導電型の拡散層領域と、前記不純物濃度の薄い第
2導電型の拡散層領域内に形成した不純物濃度の濃い第
1導電型の拡散層領域とで構成すると共に、前記チャー
ジポンプの出力側端子を前記不純物濃度の濃い第2導電
型の拡散層領域に接続し、前記チャージポンプの電源電
圧端子又は前記半導体基板上に設けた前記チャージポン
プの電源電圧端子を前記不純物濃度の濃い第1導電型の
拡散層領域に接続し、前記チャージポンプの出力電圧を
制限するように構成したことを特徴とするものであり、
叉、第態様は、前記第1導電型はP型であり、第2導
電型はN型であることを特徴とするものであり、叉、第
態様は、チャージポンプの出力電圧制限回路であっ
て、前記電圧制限回路を、第1導電型の半導体基板上に
形成した不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域と、
前記不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域内に形成
した不純物濃度の濃い第1導電型の拡散層領域と、前記
不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域内に形成した
不純物濃度の濃い第2導電型の拡散層領域とで構成する
と共に、前記チャージポンプの出力側端子を前記不純物
濃度の濃い第1導電型の拡散層領域に接続し、前記チャ
ージポンプの電源電圧端子又は前記半導体基板上に設け
た前記チャージポンプの電源電圧端子を前記不純物濃度
の濃い第2導電型の拡散層領域に接続し、前記チャージ
ポンプの出力電圧を制限するように構成したことを特徴
とするものであり、叉、第態様は、前記第1導電型は
N型であり、第2導電型はP型であることを特徴とする
ものである。
【0006】叉、第5態様は、 前記チャージポンプは、
前記半導体基板上に配置されていることを特徴とする
のである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明に係わるチャージポンプの
出力電圧制限回路は、前記チャージポンプの出力端子を
半導体基板に形成したpn接合部分を介して前記チャー
ジポンプの電源電圧端子に接続したことを特徴とするも
のである。図1において、本発明の電圧制限回路3は、
半導体のpn接合における逆方向バイアスの降伏電圧を
利用して、チャージポンプ2の出力の電圧を制限する。
【0008】チャージポンプ2の出力が、pn接合にお
ける逆方向バイアスの降伏電圧を越えた場合は、電子の
降伏現象により、大電流がpn接合の逆方向、即ち、n
型拡散層領域からp型拡散層領域の方向に流れ、電源電
圧端子1に電荷が戻っていく。本発明では、上記したよ
うに、電圧の制限として、pn接合の逆バイアス状態に
おけるアバランシェ降伏又はツェナー降伏現象を利用し
ている為、小さなレイアウトの面積でも、大きな電流を
流すことが可能であり、チャージポンプの能力が過剰で
あった場合も、期待する制限電圧より、制限電圧出力端
子の電圧が高くなることはない。
【0009】更に、本発明では、チャージポンプの余剰
電荷を電源電圧に戻入する機能を有しながら、その制限
電圧をpn接合部分の不純物濃度を制御することによっ
て、比較的精度よく、設定することができる。
【0010】
【実施例】以下に、本発明に係わるチャージポンプの出
力電圧制限回路の具体例を図面を参照しながら詳細に説
明する。 (第1の具体例) 図1は、本発明に係わるチャージポンプの出力電圧制限
回路の具体例の構造を示す図であって、図1には、チャ
ージポンプの出力端子4を半導体基板8に形成したpn
接合部分20を介して前記チャージポンプ2の電源電圧
端子1に接続したチャージポンプの出力電圧制限回路が
示され、叉、前記電圧制限回路を、第1導電型の半導体
基板8上に形成した不純物濃度の薄い第2導電型の拡散
層領域5と、前記不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層
領域5内に形成した不純物濃度の濃い第2導電型の拡散
層領域7と、前記不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層
領域5内に形成した不純物濃度の濃い第1導電型の拡散
層領域6とで構成すると共に、前記チャージポンプの出
力側端子4を前記不純物濃度の濃い第2導電型の拡散層
領域7に接続し、前記チャージポンプの入力側端子(電
源電圧端子)1を前記不純物濃度の濃い第1導電型の拡
散層領域6に接続し、前記チャージポンプの出力電圧を
制限するチャージポンプの出力電圧制限回路が示されて
いる。
【0011】以下に、本発明を更に詳細に説明する。こ
の第1の具体例は、p型サブストレート8に本発明の制
限回路を実現した正電圧の電圧制限回路である。電源電
圧端子1に入力が接続されたチャージポンプ2は、電荷
を高い電圧に押し上げ、電源電圧より高い電圧を生成す
る回路であり、その出力端子4は、本発明の電圧制限回
路3により、設定された電圧に制限し、制限電圧出力端
子4に出力する。
【0012】電圧制限回路3は、不純物濃度の薄いn型
拡散層領域5と、この不純物濃度の薄いn型拡散層領域
5に形成された不純物濃度の濃いp型拡散層領域6との
pn接合で構成され、叉、前記不純物濃度の薄いn型拡
散層領域5は、不純物濃度の薄いn型拡散層領域5の領
域内に形成された不純物濃度の濃いn型拡散層領域7を
通して、制限電圧出力端子4に接続されている。また、
前記不純物濃度の濃いp型拡散層領域6は電源電圧端子
1に接続されている。
【0013】次に、図1の電圧制限回路の動作について
説明する。入力が電源電圧端子1に接続されたチャージ
ポンプ2は、電源電圧端子1より高い電圧を生成する回
路であり、その出力電圧を電圧制限回路3で制限する。
チャージポンプ2の出力電圧は、電圧制限回路3の不純
物濃度の濃いn型拡散層領域7を通して不純物濃度の薄
いn型拡散層領域5に印加される。
【0014】一方、電源電圧端子1は、不純物濃度の濃
いp型拡散層領域6に接続されている。図2に不純物濃
度の薄いn型拡散層領域5の電圧VN-と不純物濃度の薄
いn型拡散層領域5から不純物濃度の濃いp型拡散層領
域6に流れる電流IN-P+の電圧電流特性示す。
【0015】不純物濃度の濃いp型拡散層領域6と不純
物濃度の薄いn型拡散層領域5のpn接合20におい
て、順バイアスでは電流が流れ、逆バイアスでは降伏電
圧(ツエナー電圧)まで電流は流れず、逆バイアスの降
伏電圧を越えると、降伏電流が流れる。不純物濃度の濃
いp型拡散層領域6は、電源電圧と同電位である為、不
純物濃度の薄いn型拡散層領域5の電圧が電源電圧以下
の場合、不純物濃度の濃いp型拡散層領域6から不純物
濃度の薄いn型拡散層領域5の方向に電流が流れる。し
かし、チャージポンプ2の出力は電源電圧以上である
為、順バイアスにはならない。チャージポンプ2の出力
電圧が高くなり、不純物濃度の薄いn型拡散層領域5の
電圧VN-が、電源電圧とpn接合における逆バイアスの
降伏電圧との和になると降伏電流が流れ、このため、制
限電圧出力端子4の電圧は、所定の電圧に制限される。
【0016】(第2の具体例) 次に、本発明の第2の具体例について、図4を用いて説
明する。図4には、電圧制限回路を、第1導電型の半導
体基板9上に形成した不純物濃度の薄い第2導電型の拡
散層領域15と、前記不純物濃度の薄い第2導電型の拡
散層領域15内に形成した不純物濃度の濃い第1導電型
の拡散層領域16と、前記不純物濃度の薄い第2導電型
の拡散層領域15内に形成した不純物濃度の濃い第2導
電型の拡散層領域17とで構成すると共に、前記チャー
ジポンプ2の出力側端子4を前記不純物濃度の濃い第1
導電型の拡散層領域16に接続し、前記チャージポンプ
2の入力側端子1を前記不純物濃度の濃い第2導電型の
拡散層領域17に接続し、前記チャージポンプ2の出力
電圧を制限するチャージポンプの出力電圧制限回路が示
されている。
【0017】図1に示された例が、p型半導体基板8上
に制限回路を構成した正電圧の電圧制限回路であるのに
対し、図4の具体例は、n型半導体基板9に実現した正
電圧の電圧制限回路である。電圧制限回路3は、不純物
濃度の薄いp型拡散層領域15と、前記不純物濃度の薄
いp型拡散層領域15の領域内に形成された不純物濃度
の濃いn型拡散層領域16とのpn接合20Aにより構
成され、前記不純物濃度の薄いp型拡散層領域15は、
前記不純物濃度の薄いp型拡散層領域15内に形成され
た不純物濃度の濃いp型拡散層領域17を介して、電源
電圧端子1に接続されている。そして、不純物濃度の濃
いn型拡散層領域16は、制限電圧出力端子4に接続さ
れている。
【0018】このように、本発明は、使用する半導体基
板が、P型、N型のいずれであっても、所定の制限回路
を実現させることができる。
【0019】
【発明の効果】本発明に係わるチャージポンプの出力電
圧制限回路は、上述のように構成したので、電圧の制限
として、pn接合の逆バイアス状態におけるアバランシ
ェ降伏又はツェナー降伏現象を利用している為、小さな
レイアウトの面積でも、大きな電流を流すことが可能で
あり、チャージポンプの能力が過剰であった場合も、期
待する制限電圧より、制限電圧出力端子の電圧が高くな
ることはない。
【0020】更に、本発明では、チャージポンプの余剰
電荷を電源電圧に戻入する機能を有しながら、その制限
電圧をpn接合部分の不純物濃度を制御することによっ
て、比較的精度よく、設定することができる効果をも有
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるチャージポンプの出力電圧制限
回路の第1の具体例を示す図である。
【図2】本発明の動作を説明するための図である。
【図3】従来技術を示す回路図である。
【図4】本発明の第2の具体例を示す図である。
【符号の説明】
1 電源電圧端子(入力側端子) 2 チャージポンプ 3 電圧制限回路 4 制限電圧出力端子 5 不純物濃度の薄いn型拡散層領域 6 不純物濃度の濃いp型拡散層領域 7、17 不純物濃度の濃いn型拡散層領域 8 p型半導体基板 9 n型半導体基板 15 不純物濃度の薄いp型拡散層領域 16 不純物濃度の濃いn型拡散層領域 20、20A pn接合部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 3/07 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 27/06 H02M 3/07

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャージポンプの出力電圧制限回路であ
    って、 前記電圧制限回路を、第1導電型の半導体基板上に形成
    した不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域と、前記
    不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域内に形成した
    不純物濃度の濃い第2導電型の拡散層領域と、前記不純
    物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域内に形成した不純
    物濃度の濃い第1導電型の拡散層領域とで構成すると共
    に、前記チャージポンプの出力側端子を前記不純物濃度
    の濃い第2導電型の拡散層領域に接続し、前記チャージ
    ポンプの電源電圧端子又は前記半導体基板上に設けた前
    記チャージポンプの電源電圧端子を前記不純物濃度の濃
    い第1導電型の拡散層領域に接続し、前記チャージポン
    プの出力電圧を制限するように構成したことを特徴とす
    チャージポンプの出力電圧制限回路。
  2. 【請求項2】 前記第1導電型はP型であり、第2導電
    型はN型であることを特徴とする請求項1記載のチャー
    ジポンプの出力電圧制限回路。
  3. 【請求項3】 チャージポンプの出力電圧制限回路であ
    って、 前記電圧制限回路を、第1導電型の半導体基板上に形成
    した不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域と、前記
    不純物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域内に形成した
    不純物濃度の濃い第1導電型の拡散層領域と、前記不純
    物濃度の薄い第2導電型の拡散層領域内に形成した不純
    物濃度の濃い第2導電型の拡散層領域とで構成すると共
    に、前記チャージポンプの出力側端子を前記不純物濃度
    の濃い第1導電型の拡散層領域に接続し、前記チャージ
    ポンプの電源電圧端子又は前記半導体基板上に設けた前
    記チャージポンプの電源電圧端子を前記不純物濃度の濃
    い第2導電型の拡散層領域に接続し、前記チャージポン
    プの出力電圧を制限するように構成したことを特徴とす
    チャージポンプの出力電圧制限回路。
  4. 【請求項4】 前記第1導電型はN型であり、第2導電
    型はP型であることを特徴とする請求項3記載のチャー
    ジポンプの出力電圧制限回路。
  5. 【請求項5】 前記チャージポンプは、前記半導体基板
    上に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4の
    何れかに記載のチャージポンプの出力電圧制限回路。
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