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JP3882916B2 - Charge pump circuit - Google Patents

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JP3882916B2
JP3882916B2 JP2003087868A JP2003087868A JP3882916B2 JP 3882916 B2 JP3882916 B2 JP 3882916B2 JP 2003087868 A JP2003087868 A JP 2003087868A JP 2003087868 A JP2003087868 A JP 2003087868A JP 3882916 B2 JP3882916 B2 JP 3882916B2
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和弘 栗原
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路に搭載されるチャージポンプ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリなどの不揮発性半導体メモリは、メモリセルにデータを書き込むときに、高電圧をワード線に供給する。一般に、これらの半導体メモリは、高電圧を生成するために、チャージポンプ回路を有している。バッテリーを使用する携帯機器に搭載される半導体メモリは、低消費電力であることが要求されており、チャージポンプ回路の消費電力を削減する必要がある。
【0003】
消費電力を削減できるチャージポンプ回路の一例では、チャージポンプ内の昇圧ノードに接続された容量素子に所定の周波数のクロックを与えて昇圧電圧を生成し、昇圧電圧が目標電圧まで上昇した後にクロックの周波数を下げている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】
特開平6−62562号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述したチャージポンプ回路の一例では、昇圧電圧に応じて二つのクロックのいずれかを選択する必要があるため、周波数の異なる複数のクロックを生成する回路が必要となってしまう。また、チャージポンプの誤動作を回避するために、クロックの周波数の切り替え時にハザード等が発生するのを防止する必要がある。このため、ハザード等が発生するのを防止する回路を特別に設けなければならない。
【0005】
本発明の目的は、消費電力を削減できるチャージポンプ回路を提供することにある。本発明の別の目的は、クロックの周波数を変更することなく、所定の昇圧電圧を生成できるチャージポンプ回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1のチャージポンプ回路では、第1クロック生成回路は、互いに同じ位相を有する複数の第1クロックをそれぞれ生成する。チャージポンプは、一端で第1クロックをそれぞれ受け、他端が第1ノードに接続される複数の第1容量素子を有し、第1容量素子の充放電を利用して出力ノードに第1昇圧電圧を生成する。第1クロック生成回路は、複数の第1クロック出力回路を第1クロックにそれぞれ対応して有している。第1クロック出力回路は、第1昇圧電圧が目標電圧より低いときに第1駆動能力で各第1クロックを出力し、第1昇圧電圧が目標電圧より高いときに第1駆動能力より弱い第2駆動能力で各第1クロックを出力する。
【0007】
第1クロック出力回路は、第1昇圧電圧に応じて駆動能力を変更しながら、各第1クロックを常時出力する。これにより、第1容量素子の一端の電圧は、常に同時に変化する。このため、第1容量素子は、同時に充放電される。この結果、第1容量素子において、一方の充放電が他方に影響を与えることはない。従って、第1容量素子に充放電される電荷のほとんどを第1昇圧電圧の生成に寄与させることができる。第1昇圧電圧の生成効率が向上するため、例えば、第1容量素子の容量を小さくできる。この結果、チャージポンプ回路の消費電力を削減できる。
【0008】
第1クロック出力回路が駆動能力を変更することによって第1昇圧電圧が調整されるため、第1容量素子を充放電させるクロックの周波数を変更する回路は不要になる。
また、各第1クロック出力回路は、第1弱出力回路、第1強出力回路および第1合成ノードを有している。第1弱出力回路は、第2駆動能力で第1弱クロックを常時出力する。第1強出力回路は、第1駆動能力で第1強クロックを第1昇圧電圧が目標電圧より低いときに出力する。第1合成ノードは、第1弱出力回路の出力と第1強出力回路の出力とに接続され、第1弱クロックと第1強クロックとを各第1クロックとして合成する。
【0009】
各第1クロック出力回路は、第1弱出力回路を常時動作させ、第1強出力回路の動作・非動作により駆動能力を変更する。すなわち、第1クロック出力回路は、各第1クロックを常時出力しながら、その駆動能力を容易に変更できる。
請求項3のチャージポンプ回路では、フラグ回路は、第1強出力回路にそれぞれ対応するフラグを有している。フラグ回路は、第1昇圧電圧が目標電圧より低いときにフラグを順次セットし、第1昇圧電圧が目標電圧より高いときにフラグを順次リセットする。各第1強出力回路は、対応するフラグがセットされているときに動作し、対応するフラグがリセットされているときに停止する。
【0010】
フラグ回路を設けることで、動作させる第1強出力回路の数を簡易な回路で制御できる。
請求項4のチャージポンプ回路では、第1分圧回路は、第1昇圧電圧を分圧し、第1分圧電圧を生成する。電圧比較回路は、第1分圧電圧を第1基準電圧と比較する。第1クロック出力回路は、電圧比較回路により、第1分圧電圧が第1基準電圧より低いと判定されたときに第1駆動能力で各第1クロックを出力し、第1分圧電圧が第1基準電圧より高いと判定されたときに第2駆動能力で各第1クロックを出力する。
【0011】
第1昇圧電圧と目標電圧との大小関係は、第1分圧電圧と第1基準電圧との比較により認識される。第1基準電圧に、昇圧電圧を使用しなくてもよいため、簡易な回路で第1基準電圧を生成できる。従って、第1基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
請求項5のチャージポンプ回路では、第2分圧回路は、チャージポンプ回路と共に半導体集積回路に形成される内部回路の電源供給線の電圧を分圧し、第2分圧電圧を生成する。スイッチ制御回路は、第2分圧電圧が第2基準電圧より低いときにスイッチをオンさせ、出力ノードを電圧供給線に接続する。
【0012】
スイッチはいわゆるレギュレータとして機能するため、第1昇圧電圧を内部回路に直接供給する場合に比べて、電圧供給線の電圧を一定の電圧に安定させることができる。
電圧供給線の電圧と目標電圧との大小関係は、第2分圧電圧と第2基準電圧との比較により認識される。第2基準電圧に、昇圧電圧を使用しなくてもよいため、簡易な回路で第2基準電圧を生成できる。従って、第2基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
【0013】
請求項6のチャージポンプ回路では、第1クロック生成回路は、互いに同じ位相を有する複数の第1クロックをそれぞれ生成する。第2クロック生成回路は、第1クロックにそれぞれ対応し、第1クロックとは逆の位相を有する複数の第2クロックをそれぞれ生成する。チャージポンプは、一端で第1クロックをそれぞれ受け、他端が第1ノードに接続される複数の第1容量素子と、一端で第2クロックをそれぞれ受け、他端が第2ノードに接続される複数の第2容量素子と、第1および第2ノードの間に接続され、第1クロックの有効期間中にオンする昇圧スイッチとを有している。チャージポンプは、第1容量素子の充放電を利用して第1ノードに第1昇圧電圧を生成し、第1昇圧電圧および第2容量素子の充放電を利用して出力ノードに第1昇圧電圧より高い第2昇圧電圧を生成する。第1クロック生成回路は、複数の第1クロック出力回路を第1クロックにそれぞれ対応して有している。第1クロック出力回路は、第2昇圧電圧が目標電圧より低いときに第1駆動能力で各第1クロックを出力し、第2昇圧電圧が目標電圧より高いときに第1駆動能力より弱い第2駆動能力で各第1クロックを出力する。第2クロック生成回路は、複数の第2クロック出力回路を第2クロックにそれぞれ対応して有している。第2クロック出力回路は、第2昇圧電圧が目標電圧より低いときに第1駆動能力で各第2クロックを出力し、第2昇圧電圧が目標電圧より高いときに第2駆動能力で出力する。
【0014】
第1クロック出力回路は、第2昇圧電圧に応じて駆動能力を変更しながら、各第1クロックを常時出力する。これにより、第1容量素子の一端の電圧は、常に同時に変化する。このため、第1容量素子は、同時に充放電される。この結果、第1容量素子において、一方の充放電が他方に影響を与えることはない。従って、第1容量素子に充放電される電荷のほとんどを第2昇圧電圧の生成に寄与させることができる。また、第2クロック出力回路は、第2昇圧電圧に応じて駆動能力を変更しながら、各第2クロックを常時出力する。これにより、第2容量素子の一端の電圧は、常に同時に変化する。このため、第2容量素子は、同時に充放電される。この結果、第2容量素子において、一方の充放電が他方に影響を与えることはない。従って、第2容量素子に充放電される電荷のほとんどを第2昇圧電圧の生成に寄与させることができる。第2昇圧電圧の生成効率が向上するため、例えば、第1および第2容量素子の容量を小さくできる。この結果、チャージポンプ回路の消費電力を削減できる。
【0015】
第1および第2クロック出力回路が駆動能力を変更することによって第2昇圧電圧が調整されるため、第1および第2容量素子を充放電させるクロックの周波数を変更する回路は不要になる。
第2昇圧電圧は、第1昇圧電圧および第2容量素子の充放電を利用して生成されるため、高い昇圧電圧を生成できる。また、第2昇圧電圧を二段階の昇圧動作により生成することで、所定の昇圧電圧を高い精度で生成できる。
【0016】
また、各第1クロック出力回路は、第1弱出力回路、第1強出力回路および第1合成ノードを有している。第1弱出力回路は、第2駆動能力で第1弱クロックを常時出力する。第1強出力回路は、第1駆動能力で第1強クロックを第2昇圧電圧が目標電圧より低いときに出力する。第1合成ノードは、第1弱出力回路の出力と第1強出力回路の出力とに接続され、第1弱クロックと第1強クロックとを各第1クロックとして合成する。各第2クロック出力回路は、第2弱出力回路、第2強出力回路および第2合成ノードを有している。第2弱出力回路は、第2駆動能力で第2弱クロックを常時出力する。第2強出力回路は、第1駆動能力で第2強クロックを第2昇圧電圧が目標電圧より低いときに出力する。第2合成ノードは、第2弱出力回路の出力と第2強出力回路の出力とに接続され、第2弱クロックと第2強クロックとを各第2クロックとして合成する。
【0017】
各第1クロック出力回路は、第1弱出力回路を常時動作させ、第1強出力回路の動作・非動作により駆動能力を変更する。すなわち、第1クロック出力回路は、各第1クロックを常時出力しながら、その駆動能力を容易に変更できる。同様に、各第2クロック出力回路は、第2弱出力回路を常時動作させ、第2強出力回路の動作・非動作により駆動能力を変更する。すなわち、第2クロック出力回路は、各第2クロックを常時出力しながら、その駆動能力を容易に変更できる。
【0018】
請求項8のチャージポンプ回路では、フラグ回路は、一対の第1および第2強出力回路にそれぞれ対応するフラグを有している。フラグ回路は、第2昇圧電圧が目標電圧より低いときにフラグを順次セットし、第2昇圧電圧が目標電圧より高いときにフラグを順次リセットする。各第1および第2強出力回路は、対応するフラグがセットされているときに動作し、対応するフラグがリセットされているときに停止する。
【0019】
フラグ回路を設けることで、動作させる第1および第2強出力回路の数を簡易な回路で制御できる。
請求項9のチャージポンプ回路では、第1分圧回路は、第2昇圧電圧を分圧し、第1分圧電圧を生成する。電圧比較回路は、第1分圧電圧を第1基準電圧と比較する。第1クロック出力回路は、電圧比較回路により、第1分圧電圧が第1基準電圧より低いと判定されたときに第1駆動能力で各第1クロックを出力し、第1分圧電圧が第1基準電圧より高いと判定されたときに第2駆動能力で各第1クロックを出力する。第2クロック出力回路は、電圧比較回路により、第1分圧電圧が第1基準電圧より低いと判定されたときに第1駆動能力で各第2クロックを出力し、第1分圧電圧が第1基準電圧より高いと判定されたときに第2駆動能力で各第2クロックを出力する。
【0020】
第2昇圧電圧と目標電圧との大小関係は、第1分圧電圧と第1基準電圧との比較により認識される。第1基準電圧に、昇圧電圧を使用しなくてもよいため、簡易な回路で第1基準電圧を生成できる。従って、第1基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
請求項10のチャージポンプ回路では、第2分圧回路は、チャージポンプ回路と共に半導体集積回路に形成される内部回路の電源供給線の電圧を分圧し、第2分圧電圧を生成する。スイッチ制御回路は、第2分圧電圧が第2基準電圧より低いときにスイッチをオンさせ、出力ノードを電圧供給線に接続する。
【0021】
スイッチはいわゆるレギュレータとして機能するため、第2昇圧電圧を内部回路に直接供給する場合に比べて、電圧供給線の電圧を一定の電圧に安定させることができる。
電圧供給線の電圧と目標電圧との大小関係は、第2分圧電圧と第2基準電圧との比較により認識される。第2基準電圧に、昇圧電圧を使用しなくてもよいため、簡易な回路で第2基準電圧を生成できる。従って、第2基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、電圧線の電圧およびノードの電圧は、それぞれ電圧線およびノードと同一の符号を使用する。図中、太線で示した信号は、複数ビットで構成されている。
図1は、本発明のチャージポンプ回路の第1の実施形態を示している。この実施形態は、請求項1〜請求項5に対応している。このチャージポンプ回路は、例えば、フラッシュメモリ内に形成されている。このチャージポンプ回路が生成する昇圧電圧は、フラッシュメモリのプログラム動作に用いられる。
【0023】
チャージポンプ回路10は、第1クロック生成回路CPG1、チャージポンプCP1、第1分圧回路DV1、電圧比較回路CMP1、フラグ回路FC1、電圧比較回路CMP2(スイッチ制御回路)、スイッチSW、第2分圧回路DV2を有している。
第1クロック生成回路CPG1は、発振器(図示せず)から供給される第1基準クロックCK1Bを基に、互いに同じ位相を有する二本の第1クロックCK1[0]、CK1[1]を生成する。第1クロック生成回路CPG1の詳細については、図2で説明する。
【0024】
チャージポンプCP1は、第1容量素子C00、C01、nMOSトランジスタN00、N01を有している。
第1容量素子C00、C01は、一端で第1クロックCK1[0]、CK1[1]をそれぞれ受け、他端が第1ノードVN1に接続されている。第1容量素子C00、C01の容量は、第1ノードVN1に接続されている容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。
【0025】
nMOSトランジスタN00のゲートおよびドレインは、共に電源線VCCに接続されている。nMOSトランジスタN00のソースは、第1ノードVN1に接続されている。これにより、第1ノードVN1の電圧は、電源電圧VCCからnMOSトランジスタN00の閾値電圧を引いた電圧より低くなることはない。
nMOSトランジスタN01のゲートおよびドレインは、共に第1ノードVN1に接続されている。nMOSトランジスタN01のソースは、チャージポンプCP1の出力ノードVO1に接続されている。nMOSトランジスタN01の閾値電圧は、例えば、nMOSトランジスタN00の閾値電圧と同一である。これにより、出力ノードVO1の電圧(第1昇圧電圧)は、電源電圧VCCからnMOSトランジスタN00の閾値電圧の2倍を引いた電圧より低くなることはない。
【0026】
第1クロックCK1が高レベル(電源電圧VCC)から低レベル(接地電圧VSS)に変化すると、容量カップリングにより第1ノードVN1が降圧される。しかしながら、nMOSトランジスタN00を介して電源線VCCから第1ノードVN1に電流が補充される。このため、第1ノードVN1は、電源電圧VCCからnMOSトランジスタN00の閾値電圧を引いた電圧になる。
【0027】
第1クロックCK1が低レベルから高レベルに変化すると、容量カップリングにより第1ノードVN1が昇圧される。このとき、nMOSトランジスタN01はオンし、第1ノードVN1から出力ノードVO1に電流が流れる。出力ノードVO1に接続されている容量素子(図示せず)は充電され、第1昇圧電圧VO1は上昇する。なお、nMOSトランジスタN00、N01は、いわゆるダイオード接続されているため、出力ノードVO1から第1ノードVN1に電流は流れない。これらの動作が連続することで、第1昇圧電圧VO1は、第1クロックCK1の立ち上がりエッジ毎に徐々に上昇する。
【0028】
第1分圧回路DV1は、出力ノードVO1と接地線VSSとの間にノードVD1を介して直列に接続された容量素子CD10、CD11を有している。第1分圧回路DV1は、第1昇圧電圧VO1を容量素子CD10、CD11の容量比で分圧し、ノードVD1に第1分圧電圧VD1を生成する。
電圧比較回路CMP1は、差動増幅器で構成されている。電圧比較回路CMP1は、第1分圧電圧VD1を基準電圧VREF(第1基準電圧)と比較し、比較結果を比較結果信号RES1としてフラグ回路FC1に出力する。電圧比較回路CMP1は、第1分圧電圧VD1が基準電圧VREFより低いと判定したときに、比較結果信号RES1を高レベル(電源電圧VCC)に固定する。電圧比較回路CMP1は、第1分圧電圧VD1が基準電圧VREFより高いと判定したときに、比較結果信号RES1を低レベル(接地電圧VSS)に固定する。第1昇圧電圧VO1と目標電圧との大小関係は、第1分圧電圧VD1と基準電圧VREFとの比較により認識される。このため、基準電圧VREFに昇圧電圧を使用しなくてもよい。
【0029】
フラグ回路FC1は、図2で説明する第1クロック出力回路CO10、CO11の第1強出力回路S1にそれぞれ対応するフラグF0、F1を有している。フラグ回路FC1は、フラグF0、F1の論理値を2ビットのフラグ信号FLAG[0]、FLAG[1]として第1クロック生成回路CPG1に出力する。
フラグ回路FC1は、比較結果信号RES1が低レベルであるときに、フラグF0、F1を所定の周期(図3で説明するTcyc)で順次リセットする。すなわち、比較結果信号RES1が高レベルから低レベルに変化すると、まず、所定の時間間隔Tcycをおいてフラグ信号FLAG[1]が高レベルから低レベルに変化し、さらに所定の時間間隔Tcycをおいてフラグ信号FLAG[0]も高レベルから低レベルに変化する。
【0030】
フラグ回路FC1は、比較結果信号RES1が高レベルであるときに、フラグF0、F1を所定の周期Tcycで順次セットする。すなわち、比較結果信号RES1が低レベルから高レベルに変化すると、まず、所定の時間間隔Tcycをおいてフラグ信号FLAG[0]が低レベルから高レベルに変化し、さらに所定の時間間隔Tcycをおいてフラグ信号FLAG[1]も低レベルから高レベルに変化する。
【0031】
電圧比較回路CMP2は、差動増幅器で構成されている。電圧比較回路CMP2は、後述する第2分圧電圧VD2を基準電圧VREF(第2基準電圧)と比較し、比較結果を比較結果信号RES2としてスイッチSWに出力する。電圧比較回路CMP2は、第2分圧電圧VD2が基準電圧VREFより高いと判定したときに、比較結果信号RES2を高レベル(電源電圧VCC)に固定する。電圧比較回路CMP2は、第2分圧電圧VD2が基準電圧VREFより低いと判定したときに、比較結果信号RES2を低レベル(接地電圧VSS)に固定する。電圧比較回路CMP2は、電圧比較回路CMP1と共通の基準電圧VREFを比較基準電圧として受けるため、比較基準電圧を生成する回路の規模が削減される。
【0032】
スイッチSWは、pMOSトランジスタで構成されている。スイッチSWのドレインおよびソースは、それぞれ出力ノードVO1およびメモリコアCORE(内部回路)の電圧供給線VPRGに接続されている。スイッチSWのゲートは、比較結果信号RES2を受ける。スイッチSWは、比較結果信号RES2が低レベルであるとき(第2分圧電圧VD2が基準電圧VREFより低いとき)にオンする。
【0033】
スイッチSWのオンにより、出力ノードVO1から電圧供給線VPRGに電流が流れ、電圧供給線VPRGの電圧は、比較結果信号RES2が高レベルに変化するまで上昇する。電圧供給線VPRGの電圧は、メモリコアCORE内に形成されたメモリセルのドレイン電圧として供給される。スイッチSWはいわゆるレギュレータとして機能するため、第1昇圧電圧VO1をメモリコアCOREに直接供給する場合に比べて、電圧供給線VPRGの電圧は、一定の電圧に安定する。
【0034】
第2分圧回路DV2は、電圧供給線VPRGと接地線VSSとの間にノードVD2を介して直列に接続された容量素子CD20、CD21を有している。第2分圧回路DV2は、電圧供給線VPRGの電圧を容量素子CD20、CD21の容量比で分圧し、ノードVD2に第2分圧電圧VD2を生成する。
図2は、第1の実施形態における第1クロック生成回路CPG1の詳細を示している。
【0035】
第1クロック生成回路CPG1は、第1クロックCK1[0]、CK1[1]にそれぞれ対応して第1クロック出力回路CO10、CO11を有している。
第1クロック出力回路CO10は、第1弱出力回路W1、第1強出力回路S1および第1合成ノードND1を有している。
第1弱出力回路W1は、インバータINVWおよび第1トランジスタサイズのインバータで構成される出力バッファBWを有している。インバータINVWは、第1基準クロックCK1Bの反転クロックを出力バッファBWに出力する。出力バッファBWは、第1基準クロックCK1Bの反転クロックを反転し、第1弱クロックCK1Wとして出力する。これにより、第1弱出力回路W1は、第1弱クロックCK1Wを常時出力する。
【0036】
第1強出力回路S1は、インバータINVS、NAND回路NAS、NOR回路NRS、出力バッファを構成する第2トランジスタサイズのpMOSトランジスタPTSおよびnMOSトランジスタNTSを有している。なお、第2トランジスタサイズは、第1トランジスタサイズより大きい。インバータINVSは、フラグ信号FLAG[0]の反転論理をNOR回路NRSに出力する。NOR回路NRSは、フラグ信号FLAG[0]の反転論理が低レベルであるとき(フラグ信号FLAG[0]が高レベルであるとき)に活性化され、第1基準クロックCK1Bの反転クロックをnMOSトランジスタNTSのゲートに出力する。NAND回路NASは、フラグ信号FLAG[0]が高レベルであるときに活性化され、第1基準クロックCK1Bの反転クロックをpMOSトランジスタPTSのゲートに出力する。
【0037】
pMOSトランジスタPTSのソースおよびnMOSトランジスタNTSのソースは、それぞれ電源線VCCおよび接地線VSSに接続されている。pMOSトランジスタPTSのドレインおよびnMOSトランジスタNTSのドレインは、共に第1合成ノードND1に接続されている。pMOSトランジスタPTSおよびnMOSトランジスタNTSは、フラグ信号FLAG[0]が高レベルであるとき、第1基準クロックCK1Bの遷移エッジに同期して交互にオンし、第1強クロックCK1Sを生成する。すなわち、第1強出力回路S1は、フラグ信号FLAG[0]が高レベルであるときに、第1弱出力回路W1の駆動能力(第2駆動能力)より強い駆動能力(第1駆動能力)で第1強クロックCK1Sを出力する。
【0038】
第1合成ノードND1は、第1弱出力回路W1の出力と第1強出力回路S1の出力とに接続され、第1弱クロックCK1Wと第1強クロックCK1Sとを第1クロックCK1[0]として合成する。これにより、第1クロック出力回路CO10は、フラグ信号FALG[0]が低レベルであるとき(第1昇圧電圧VO1が目標電圧より高いとき)に第1弱クロックCK1Wを第1クロックCK1[0]として出力し、フラグ信号FLAG[0]が高レベルであるとき(第1昇圧電圧VO1が目標電圧より低いとき)に第1弱クロックCK1Wおよび第1強クロックCK1Sを合成したクロックを第1クロックCK1[0]として出力する。第1弱出力回路W1および第1強出力回路S1は、第1基準クロックCK1Bを共通して使用するため、第1弱クロックCK1Wおよび第1強クロックCK1Sは、同位相になる。このため、後述のように、第1クロック生成回路CPG1内で貫通電流が生じることはない。このように、第1クロック出力回路CO10は、第1弱出力回路W1を常時動作させ、第1強出力回路S1の動作・非動作により駆動能力を変更する。
【0039】
第1弱出力回路W1の駆動能力が弱過ぎると、第1強出力回路S1の停止中(フラグ信号FLAG[0]が低レベルであるとき)の第1クロックCK1[0]は、フローティングと同様の状態になる。この場合、チャージポンプCP1の第1ノードVN1の電圧が変化すると、容量カップリングにより第1合成ノードND1の電圧が電源電圧VCCより高い電圧または接地電圧VSSより低い電圧(負電圧)に変化する場合がある。第1合成ノードND1が電源電圧VCCより高い電圧になると、第1強出力回路S1におけるpMOSトランジスタPTSのドレイン・基板間のpnジャンクションに順方向電流が流れてしまう(順バイアス条件が生じてしまう)。第1合成ノードND1が接地電圧VSSより低い電圧になると、第1強出力回路S1のnMOSトランジスタNTSのドレイン・基板間のpnジャンクションに順方向電流が流れてしまう(順バイアス条件が生じてしまう)。
【0040】
これを防止するため、第1弱出力回路W1は、第1強出力回路S1の停止中に、第1強出力回路S1のpMOSトランジスタPTSおよびnMOSトランジスタNTSのpnジャンクションが第1合成ノードND1の電圧変化によりオンしない最小の駆動能力に設定されている。第1弱出力回路W1をこのような最小の駆動能力に設定することで、チャージポンプ回路10の消費電力は小さくなる。
【0041】
第1クロック出力回路CO11は、第1クロック出力回路CO10と同様に動作し、第1基準クロックCK1Bおよびフラグ信号FLAG[1]を受け、第1クロックCK1[1]を出力する。第1クロック出力回路CO11の構成は、第1クロック出力回路CO10の構成と同一であるため、詳細な説明は省略する。
第1クロック出力回路CO10、CO11は、同一の回路構成であり、かつ第1基準クロックCK1Bを共通して使用するため、第1クロックCK1[0]、CK1[1]は、同位相になる。
【0042】
図3は、第1の実施形態の動作概要を示している。
時刻T1において、第1昇圧電圧VO1が目標電圧VTより高くなると、電圧比較回路CMP1は、比較結果信号RES1を高レベルから低レベルに変化させる。
比較結果信号RES1の立ち下がりエッジから所定の時間間隔Tcycが経過した時刻T2において、フラグ回路FC1は、フラグF1をリセットする。このため、フラグ信号FLAG[1]は高レベルから低レベルに変化する。第1クロック出力回路CO11の第1強出力回路S1は、フラグ信号FLAG[1]の立ち下がりエッジに応答して停止する。すなわち、第1クロック出力回路CO11は、第1弱クロックCK1Wを第1クロックCK1[1]として出力する。この結果、第1昇圧電圧VO1の上昇速度が下がる。
【0043】
フラグ信号FLAG[1]の立ち下がりエッジから所定の時間間隔Tcycが経過した時刻T3において、フラグ回路FC1は、フラグF0をリセットする。このため、フラグ信号FLAG[0]は高レベルから低レベルに変化する。第1クロック出力回路CO10の第1強出力回路S1は、フラグ信号FLAG[0]の立ち下がりエッジに応答して停止する。すなわち、第1クロック出力回路CO10は、第1弱クロックCK1Wを第1クロックCK1[0]として出力する。この結果、第1昇圧電圧VO1は、下降し始める。
【0044】
時刻T4において、第1昇圧電圧VO1が目標電圧VTより低くなると、電圧比較回路CMP1は、比較結果信号RES1を低レベルから高レベルに変化させる。
比較結果信号RES1の立ち上がりエッジから所定の時間間隔Tcycが経過した時刻T5において、フラグ回路FC1は、フラグF0をセットする。このため、フラグ信号FLAG[0]は低レベルから高レベルに変化する。第1クロック出力回路CO10の第1強出力回路S1は、フラグ信号FLAG[0]の立ち上がりエッジに応答して動作を開始する。すなわち、第1クロック出力回路CO10は、第1弱クロックCK1Wおよび第1強クロックCK1Sを合成したクロックを第1クロックCK1[0]として出力する。この結果、第1昇圧電圧VO1は、下降から上昇に転じる。
【0045】
フラグ信号FLAG[0]の立ち上がりエッジから所定の時間間隔Tcycが経過した時刻T6において、フラグ回路FC1は、フラグF1をセットする。このため、フラグ信号FLAG[1]は低レベルから高レベルに変化する。第1クロック出力回路CO11の第1強出力回路S1は、フラグ信号FLAG[1]の立ち上がりエッジに応答して動作を開始する。すなわち、第1クロック出力回路CO11は、第1弱クロックCK1Wおよび第1強クロックCK1Sを合成したクロックを第1クロックCK1[1]として出力する。この結果、第1昇圧電圧の上昇速度が上がる。
【0046】
このように、チャージポンプ回路10では、第1クロック出力回路CO10、CO11は、第1昇圧電圧VO1に応じて駆動能力を変更しながら、それぞれ第1クロックCK1[0]、CK1[1]を常時出力する。これにより、第1容量素子C00、C01の一端(第1クロックCK1[0]、CK1[1]を受ける側)の電圧は、同時に変化する。このため、第1容量素子C00、C01は、同時に充放電される。この結果、第1容量素子C00、C01において、一方の充放電が他方に影響を与えることはない。従って、第1容量素子C00、C01に充放電される電荷のほとんどが第1昇圧電圧VO1の生成に寄与する。第1昇圧電圧VO1の生成効率が向上するため、例えば、第1容量素子C00、C01の容量は小さく設定される。この結果、チャージポンプ回路10の消費電力が削減される。
【0047】
また、フラグ回路FC1から出力されるフラグ信号FLAGを利用することで、動作させる第1強出力回路S1の数が簡易な回路で制御される。
なお、本発明者は、本発明をする前に、第1昇圧電圧VO1が目標電圧VTより高いときに、第1クロックCK1[0]、CK1[1]の少なくともいずれかを電源電圧VCC、接地電圧VSSまたはフローティングのいずれかに設定することで、第1昇圧電圧VO1の生成を抑制することを検討した。
【0048】
第1昇圧電圧VO1が目標電圧VTより高いときに、第1クロックCK1[1]のみを電源電圧VCCまたは接地電圧に固定すると、第1クロックCK1[1]を受ける第1容量素子C01は、第1クロックCK1[0]による第1ノードVN1の昇圧動作の負荷になってしまう。このため、第1クロックCK1[0]の消費電流が増加してしまう。この結果、消費電力の削減効果は低下してしまう。
【0049】
第1昇圧電圧VO1が目標電圧VTより高いときに、第1クロックCK1[1]のみをフローティングにすると、チャージポンプCP1の第1ノードVN1の電圧が変化することで、第1クロックCK1[1]は、容量カップリングにより、電源電圧VCCより高い電圧または接地電圧VSSより低い電圧(負電圧)になる場合がある。このとき、第1クロックCK1[1]を出力する出力バッファのpnジャンクションがオンし、順方向電流が流れてしまう。
【0050】
これらに対して、本発明では、第1昇圧電圧VO1が目標電圧VTより高いときに、第1クロックCK1[1]は第2駆動能力で出力されているため、第1容量素子C01が第1クロックCK1[0]による第1ノードVN1の昇圧動作の負荷になることはない。また、第1クロックCK1[1]を出力する第1クロック出力回路CO10の第1弱出力回路W1は、第1クロック出力回路CO10の第1強出力回路S1におけるpMOSトランジスタPTSおよびnMOSトランジスタNTSのpnジャンクションがオンしない最小の駆動能力に設定されているため、第1クロックCK1[1]は、チャージポンプCP1の第1ノードVN1の電圧変化に影響されない。このため、チャージポンプ回路10の消費電力が大幅に削減される。
【0051】
以上、第1の実施形態では、次の効果が得られる。
第1クロック出力回路CO10、CO11は、それぞれ第1クロックCK1[0]、CK1[1]を常時出力するため、第1容量素子C00、C01は、同時に充放電される。このため、第1容量素子C00、C01において、一方の充放電が他方に影響を与えることはない。従って、第1容量素子C00、C01に充放電される電荷のほとんどを第1昇圧電圧VO1の生成に寄与させることができる。第1昇圧電圧VO1の生成効率が向上するため、例えば、第1容量素子C00、C01の容量を小さくできる。この結果、チャージポンプ回路10の消費電力を削減できる。
【0052】
第1クロック出力回路CO10、CO11が駆動能力を変更することで第1昇圧電圧VO1が調整されるため、第1容量素子C00、C01を充放電させるクロックの周波数を変更する回路は不要になる。
第1クロック出力回路CO10、CO11は、第1弱出力回路W1を常時動作させ、第1強出力回路S1の動作・非動作により駆動能力を変更する。すなわち、第1クロック出力回路CO10、CO11は、それぞれ第1クロックCK1[0]、CK1[1]を出力しながら、その駆動能力を容易に変更できる。
【0053】
フラグ回路FC1から出力されるフラグ信号FLAGを利用することで、動作させる第1強出力回路S1の数を簡易な回路で制御できる。
第1昇圧電圧VO1と目標電圧との大小関係は第1分圧電圧VD1と基準電圧VREFとの比較により認識される。また、電圧供給線VPRGの電圧と目標電圧との大小関係は第2分圧電圧VD2と基準電圧VREFとの比較により認識される。基準電圧VREFに、昇圧電圧を使用しなくてもよいため、簡易な回路で基準電圧VREFを生成できる。従って、基準電圧VREFを精度よく、かつ安定して生成できる。
【0054】
電圧比較回路CMP2は、電圧比較回路CMP1と共通の基準電圧VREFを比較基準電圧として受けるため、比較基準電圧を生成する回路の規模を削減できる。
チャージポンプCP1の出力ノードVO1と電圧供給線VPRGとの間にスイッチSWを設けることで、第1昇圧電圧VO1をメモリコアCOREに直接供給する場合に比べて、電圧供給線VPRGの電圧を一定の電圧に安定させることができる。
【0055】
第1弱出力回路W1は、対応する第1強出力回路S1の停止中に、対応する第1強出力回路S1のpMOSトランジスタPTSおよびnMOSトランジスタNTSのpnジャンクションが第1合成ノードND1の電圧変化によりオンしない最小の駆動能力に設定されている。このため、pMOSトランジスタPTSおよびnMOSトランジスタNTSのpnジャンクションに順方向電流が流れるのを防止できる。
【0056】
図4は、本発明のチャージポンプ回路の第2の実施形態を示している。この実施形態は、請求項6、請求項7および請求項9に対応している。このチャージポンプ回路は、例えば、第1の実施形態と同様に、フラッシュメモリ内に形成されている。なお、第1の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【0057】
チャージポンプ回路20は、第1クロック生成回路CPG1、第2クロック生成回路CPG2、チャージポンプCP2、第1分圧回路DV3、電圧比較回路CMP1、nMOSトランジスタNT0、NT1、NT2、pMOSトランジスタPT0、ラッチ回路LC、インバータINV0、INV1およびNAND回路NAを有している。
第1クロック生成回路CPG1は、第1の実施形態のフラグ信号FALG[0]、FLAG[1]の代わりに、許可信号EN0、EN1をそれぞれ受ける。許可信号EN0は、フラッシュメモリのプログラム動作中に低レベルから高レベルに変化する。第1クロック生成回路CPG1の詳細については、図5で説明する。
【0058】
第2クロック生成回路CPG2は、発振器(図示せず)から供給される第2基準クロックCK2Bを基に、第1クロックCK1(CK1[0]、CK1[1])にそれぞれ対応し、第1クロックCK1とは逆の位相を有する二本の第2クロックCK2(CK2[0]、CK2[1])を生成する。第2クロック生成回路CPG2の詳細については、図6で説明する。なお、第1基準クロックCK1Bおよび第2基準クロックCK2Bは、配線遅延などにより、互いの有効期間(高レベル期間)が重なるのを防止するために、一方の立ち上がり変化は、他方の立ち下がり変化から所定の時間間隔をおいて発生する。このため、第1クロックCK1および第2クロックCK2は、互いの高レベル期間が重ならない。この結果、チャージポンプCP2の誤動作が防止される。
【0059】
チャージポンプCP2は、第1クロックCK1および第2クロックCK2による昇圧動作を使用して、出力ノードVO2に第2昇圧電圧VO2を生成する。チャージポンプCP2の詳細については、図7で説明する。
第1分圧回路DV3は、出力ノードVO2と接地線VSSとの間にノードVD3を介して直列に接続された容量素子CD30、CD31を有している。第1分圧回路DV3は、第2昇圧電圧VO2を容量素子CD30、CD31の容量比で分圧し、ノードVD3に第1分圧電圧VD3を生成する。
【0060】
nMOSトランジスタNT0のドレインおよびソースは、それぞれ出力ノードVO2、接地線VSSに接続されている。nMOSトランジスタNT0のゲートは、電圧比較回路CMP1から出力される比較結果信号RES1が印加されている。比較結果信号RES1が高レベルであるとき(第1分圧電圧VD3が基準電圧VREFより高いとき)に、nMOSトランジスタNT0がオンすることで、出力ノードVO2から接地線VSSに電流が流れる。このため、第2昇圧電圧VO2が必要以上に上昇することが防止される。
【0061】
pMOSトランジスタPT0のソースおよびドレインは、それぞれ電源線VCCおよびnMOSトランジスタNT1のドレインに接続されている。pMOSトランジスタPT0のゲートは、許可信号EN0を受けている。nMOSトランジスタNT1のソースおよびドレインは、それぞれnMOSトランジスタNT2のドレインおよびpMOSトランジスタPT0のドレインに接続されている。nMOSトランジスタNT1のゲートは、比較結果信号RES1を受けている。nMOSトランジスタNT2のソースおよびドレインは、それぞれ接地線VSSおよびnMOSトランジスタNT1のソースに接続されている。nMOSトランジスタNT2のゲートは、許可信号EN0を受けている。ラッチ回路LCは、環状に接続されたインバータINVL0、INVL1で構成されている。インバータINVL0の入力およびインバータINVL1の出力は、pMOSトランジスタPT0のドレインおよびnMOSトランジスタNT1のドレインに接続されている。このため、pMOSトランジスタPT0およびnMOSトランジスタNT1が共にオフしても、ラッチ回路LCから出力されるラッチ出力信号LOは、電源電圧VCCまたは接地電圧VSSに固定される。
【0062】
インバータINV0は、ラッチ出力信号LOの反転論理をNAND回路NAに出力する。NAND回路NAは、許可信号EN0が高レベルであるとき(フラッシュメモリのプログラム動作中)に活性化され、ラッチ出力信号LOと同一の論理を出力する。インバータINV1は、NAND回路NAの出力論理を反転し、許可信号EN1として第1クロック生成回路CPG1および第2クロック生成回路CPG2に出力する。
【0063】
許可信号EN0が低レベルであるときに、pMOSトランジスタPT0はオンし、nMOSトランジスタNT2はオフする。また、許可信号EN0が低レベルのときは、チャージポンプCP2の昇圧能力は低下し、第1分圧電圧VD3は基準電圧VREFより低くなる。このため、比較結果信号RES1は、接地電圧VSSに固定される。この結果、nMOSトランジスタNT1はオフする。従って、許可信号EN0が低レベルであるときは、ラッチ回路LCの入力は、高レベルに固定される。
【0064】
フラッシュメモリにプログラムコマンドが供給され、許可信号EN0が低レベルから高レベルに変化すると、pMOSトランジスタPT0がオフする。ラッチ出力信号LOは、ラッチ回路LCにより低レベルに固定されたままである。このため、許可信号EN1は、許可信号EN0に同期して低レベルから高レベルに変化する。すなわち、チャージポンプCP2は、昇圧動作を開始する。
【0065】
チャージポンプCP2の昇圧動作により第2昇圧電圧VO2の電圧が上昇し、第1分圧電圧VD3が基準電圧VREFより高くなると、比較結果信号RES1が電源電圧VCCに固定される。このため、nMOSトランジスタNT1がオンする。従って、ラッチ出力信号LOは、低レベルから高レベルに変化する。この結果、許可信号EN1は、高レベルから低レベルに変化する。
【0066】
図5は、第2の実施形態における第1クロック生成回路CPG1の詳細を示している。
第1クロック生成回路CPG1は、第1クロック出力回路CO10、CO11を有している。
第1クロック出力回路CO10は、許可信号EN0が低レベルであるときに第1弱クロックCK1Wを第1クロックCK1[0]として出力し、許可信号EN0が高レベルであるときに第1弱クロックCK1Wおよび第1強クロックCK1Sを合成したクロックを第1クロックCK1[0]として出力する。第1クロック出力回路CO10は、第1弱出力回路W1を常時動作させ、第1強出力回路S1をフラッシュメモリの動作状態に応じて動作または停止させることにより駆動能力を変更する。
【0067】
第1クロック出力回路CO11は、第1クロック出力回路CO10と同様に動作し、第1基準クロックCK1Bおよび許可信号EN1を受け、第1クロックCK1[1]を出力する。第1クロック出力回路CO11は、第1弱出力回路W1を常時動作させ、第1強出力回路S1をフラッシュメモリの動作状態および第2昇圧電圧VO2に応じて動作または停止させることにより駆動能力を変更する。
【0068】
図6は、第2の実施形態における第2クロック生成回路CPG2の詳細を示している。
第2クロック生成回路CPG2は、図5に示した第1クロック生成回路CPG1と同一の回路構成を有している。すなわち、第2クロック生成回路CPG2は、第2クロックCK2[0]、CK2[1]にそれぞれ対応して第2クロック出力回路CO20、CO21を有している。
【0069】
第2クロック出力回路CO20、CO21は、第2弱出力回路W2、第2強出力回路S2および第2合成ノードND2を有している。
第2合成ノードND2は、第2弱出力回路W2の出力と第2強出力回路S2の出力とに接続され、第2弱クロックCK2Wと第2強クロックCK2Sとを第2クロックCK2として合成する。
【0070】
第2クロックCK2に対する第2クロック生成回路CPG2の動作は、第1クロックCK1に対する第1クロック生成回路CPG1の動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図7は、第2の実施形態におけるチャージポンプCP2の詳細を示している。
チャージポンプCP2は、第1容量素子C10、C11、第2容量素子C20、C21、容量素子C14、C24、C30、C31、nMOSトランジスタN10〜N12、N20〜22、N30〜N32、N40を有している。nMOSトランジスタN10〜N12、N20〜22、N30〜N32、N40は、例えば、論理回路を構成するnMOSトランジスタより低い閾値電圧を有している。
【0071】
第1容量素子C10、C11は、一端で第1クロックCK1[0]、CK1[1]をそれぞれ受け、他端が第1ノードP1に接続されている。第1容量素子C10、C11の容量は、第1ノードP1に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。
容量素子C14は、一端でクロックCK2Aを受け、他端がノードG1に接続されている。容量素子C14の容量は、ノードG1に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。クロックCK2Aは、第2クロックCK2の立ち上がりエッジに同期して低レベルから高レベルに変化し、第2クロックCK2の立ち下がりエッジから所定の時間間隔をおいて高レベルから低レベルに変化する。クロックCK2Aは、第2基準クロックCK2Bと同様に、発振器から供給される。
【0072】
nMOSトランジスタN10のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれ第1ノードP1、電源線VCC、ノードG1に接続されている。nMOSトランジスタN11のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれノードG1、電源線VCC、第1ノードP1に接続されている。nMOSトランジスタN12のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれ電源線VCC、電源線VCC、第1ノードP1に接続されている。これにより、第1ノードP1は、電源電圧VCCからnMOSトランジスタN12の閾値電圧を引いた電圧より低くなることはない。
【0073】
第2容量素子C20、C21は、一端で第2クロックCK2[0]、CK2[1]をそれぞれ受け、他端が第2ノードP2に接続されている。第2容量素子C20、C21の容量は、第2ノードP2に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。
容量素子C24は、一端でクロックCK1Aを受け、他端がノードG2に接続されている。容量素子C24の容量は、ノードG2に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。クロックCK1Aは、第1クロックCK1の立ち上がりエッジに同期して低レベルから高レベルに変化し、第1クロックCK1の立ち下がりエッジから所定の時間間隔をおいて高レベルから低レベルに変化する。クロックCK1Aは、第1基準クロックCK1Bと同様に、発振器から供給される。
【0074】
nMOSトランジスタN20のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれ第2ノードP2、第1ノードP1、ノードG2に接続されている。nMOSトランジスタN21(昇圧スイッチ)のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれノードG2、第1ノードP1、第2ノードP2に接続されている。nMOSトランジスタN22のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれ電源線VCC、電源線VCC、第2ノードP2に接続されている。これにより、第2ノードP2は、電源電圧VCCからnMOSトランジスタN22の閾値電圧を引いた電圧より低くなることはない。
【0075】
容量素子C30は、第1クロックCK1[0]を受け、他端がノードP3に接続されている。容量素子C30の容量は、ノードP3に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。
容量素子C34は、一端でクロックCK2Aを受け、他端がノードG3に接続されている。容量素子C34の容量は、ノードG3に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。
【0076】
nMOSトランジスタN30のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれノードP3、第2ノードP2、ノードG3に接続されている。nMOSトランジスタN31のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれノードG3、第2ノードP2、ノードP3に接続されている。nMOSトランジスタN32のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれ電源線VCC、電源線VCC、ノードP3に接続されている。これにより、ノードP3は、電源電圧VCCからnMOSトランジスタN32の閾値電圧を引いた電圧より低くなることはない。
【0077】
nMOSトランジスタN40のゲート、ドレインおよびソースは、それぞれノードG3、第2ノードP2、出力ノードVO2に接続されている。
図8は、第2の実施形態におけるチャージポンプCP2の動作を示している。
まず、第1クロックCK1[0]、CK1[1]が高レベルから低レベルに変化すると、第1ノードP1は、第1容量素子C10、C11の容量カップリングにより降圧される(図8(a))。このため、nMOSトランジスタN10はオフする。同様に、ノードP3は、容量素子C30の容量カップリングにより降圧される(図8(b))。このため、nMOSトランジスタN30はオフする。この後、クロックCK1Aが高レベルから低レベルに変化すると、ノードG2は、容量素子C24の容量カップリングにより降圧される(図8(c))。このため、nMOSトランジスタN21はオフする。
【0078】
次に、第2クロックCK2[0]、CK2[1]が低レベルから高レベルに変化すると、第2ノードP2は、第2容量素子C20、C21の容量カップリングにより昇圧される(図8(d))。このため、nMOSトランジスタN20はオンし、第1ノードP1からノードG2に電流が補充される。また、第2クロックCK2[0]、CK2[1]の立ち上がりエッジに同期してクロックCK2Aが低レベルから高レベルに変化すると、ノードG1は、容量素子C14の容量カップリングにより昇圧される(図8(e))。このため、nMOSトランジスタN11がオンし、電源線VCCから第1ノードP1に電流が補充される。同様に、ノードG3は、クロックCK2Aの立ち上がり変化による容量素子C34の容量カップリングにより昇圧される(図8(f))。このため、nMOSトランジスタN31がオンし、第2ノードP2からノードP3に電流が補充される。nMOSトランジスタN40もノードG3の昇圧によりオンし、第2ノードP2から出力ノードVO2に電流が補充される。すなわち、出力ノードVO2に第2昇圧電圧VO2が生成される(図8(g))。
【0079】
次に、第2クロックCK2[0]、CK2[1]が高レベルから低レベルに変化すると、第2ノードP2は、第2容量素子C20、C21の容量カップリングにより降圧される(図8(h))。このため、nMOSトランジスタN20はオフする。この後、クロックCK2Aが高レベルから低レベルに変化すると、ノードG1は、容量素子C14の容量カップリングにより降圧される(図8(i))。このため、nMOSトランジスタN11はオフする。同様に、ノードG3は、クロックCK2Aの立ち下がり変化による容量素子C34の容量カップリングにより降圧される(図8(j))。このため、nMOSトランジスタN31はオフする。第2昇圧電圧VO2は、nMOSトランジスタN40もノードG3の降圧によりオフするため下降せず、前述の図8(g)で発生した電圧は保持される。
【0080】
次に、第1クロックCK1[0]、CK1[1]が低レベルから高レベルに変化すると、第1ノードP1は、第1容量素子C10、C11の容量カップリングにより昇圧される(図8(k))。このため、nMOSトランジスタN10はオンし、電源電圧VCCからノードG1に電流が補充される。同様に、ノードP3は、容量素子C30の容量カップリングにより昇圧される(図8(l))。このため、nMOSトランジスタN30はオンし、第2ノードP2からノードG3に電流が補充される。
【0081】
また、第1クロックCK1の立ち上がりエッジに同期してクロックCK1Aが低レベルから高レベルに変化すると、ノードG2は、容量素子C24の容量カップリングにより昇圧される(図8(m))。このため、nMOSトランジスタN21がオンし、第1ノードP1から第2ノードP2に電流が補充される。
以上のような動作が繰り返されると、第1ノードP1は、第1クロックCK1[0]、CK1[1]の立ち下がりエッジ毎に降圧される(図8(n))。ノードG1の昇圧によりnMOSトランジスタN11がオンすることで、電源線VCCから第1ノードP1に電流が補充される。このため、第1ノードP1の電圧は、1サイクル前より高くなる。このとき、nMOSトランジスタN20もオンすることで、第1ノードP1からノードG2に電流が補充される。このため、ノードG2の電圧も、1サイクル前より高くなる。
【0082】
ノードP3は、第1クロックCK1[0]、CK1[1]の立ち下がりエッジ毎に降圧される(図8(o))。ノードG3の昇圧によりnMOSトランジスタN31がオンすることで、第2ノードP2からノードP3に電流が補充される。このため、ノードP3の電圧は、1サイクル前より高くなる。
また、第2ノードP2は、第2クロックCK2[0]、CK2[1]の立ち下がりエッジ毎に降圧される(図8(p))。ノードG2の昇圧によりnMOSトランジスタN21がオンすることで、第1ノードP1から第2ノードP2に電流が補充される。このため、第2ノードP2の電圧は、1サイクル前より高くなる。このとき、nMOSトランジスタN30もオンすることで、第2ノードP2からノードG3に電流が補充される。このため、ノードG3の電圧も、1サイクル前より高くなる。
【0083】
従って、前述の図8(a)〜(m)の動作が繰り返されることで、第2昇圧電圧VO2は、第2クロックCK2および第2クロックCK2Aの立ち上がりエッジ毎に徐々に上昇する。
以上、第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、第1昇圧電圧(第1ノードP1の電圧)および第2容量素子C20、C21の充放電を利用して第2昇圧電圧VO2を生成するため、高い昇圧電圧を生成できる。第2昇圧電圧VO2を二段階の昇圧動作により生成することで、所定の昇圧電圧を高い精度で生成できる。
【0084】
第1クロックCK1および第2クロックCK2は互いの高レベル期間が重ならないため、チャージポンプCP2の誤動作を防止できる。
図9は、本発明のチャージポンプ回路の第3の実施形態を示している。この実施形態は、請求項6〜請求項10に対応している。このチャージポンプ回路は、例えば、第1の実施形態と同様に、フラッシュメモリ内に形成されている。なお、第1および第2の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0085】
チャージポンプ回路10は、第1クロック生成回路CPG1a、第2クロック生成回路CPG2a、チャージポンプCP2a、第1分圧回路DV4、電圧比較回路CMP1、フラグ回路FC1a、電圧比較回路CMP2(スイッチ制御回路)、スイッチSW、第2分圧回路DV5を有している。
第1分圧回路DV4は、出力ノードVO2aと接地線VSSとの間にノードVD4を介して直列に接続された容量素子CD40、CD41を有している。第1分圧回路DV4は、第2昇圧電圧VO2a(出力ノードVO2aの電圧)を容量素子CD40、CD41の容量比で分圧し、ノードVD4に第1分圧電圧VD4を生成する。
【0086】
フラグ回路FC1aは、第1の実施形態のフラグ回路FC1にフラグF2、F3を加えて構成されている。その他の構成は、第1の実施形態のフラグ回路FC1と同一である。フラグ回路FC1aのフラグF0〜F3は、図10で説明する第1クロック出力回路CO10〜CO13の第1強出力回路S1および図11で説明する第2クロック出力回路CO20〜CO23の第2強出力回路S2の各対にそれぞれ対応している。フラグ回路FC1aは、フラグF0〜F3の論理値を4ビットのフラグ信号FLAGとして第1クロック生成回路CPG1aおよび第2クロック生成回路CPG2aにそれぞれ出力する。
【0087】
フラグ回路FC1aは、電圧比較回路CMP1から出力される比較結果信号RES1が低レベルであるときに、フラグF0〜F3を所定の周期Tcycで順次リセットする。すなわち、比較結果信号RES1が高レベルから低レベルに変化すると、フラグ信号FLAGが所定の時間間隔Tcycをおいて高レベルから低レベルにフラグ信号FLAG[3]から順次変化する。
【0088】
フラグ回路FC1aは、比較結果信号RES1が高レベルであるときに、フラグF0〜F3を所定の周期Tcycで順次セットする。すなわち、比較結果信号RES1が低レベルから高レベルに変化すると、フラグ信号FLAGが所定の時間間隔Tcycをおいて低レベルから高レベルにフラグ信号FLAG[0]から順次変化する。
第2分圧回路DV5は、メモリコアCOREの電圧供給線VPRGと接地線VSSとの間にノードVD5を介して直列に接続された容量素子CD50、CD51を有している。第2分圧回路DV5は、電圧供給線VPRGの電圧を容量素子CD50、CD51の容量比で分圧し、ノードVD5に第2分圧電圧VD5を生成する。
【0089】
図10は、第3の実施形態における第1クロック生成回路CPG1aの詳細を示している。
第1クロック生成回路CPG1aは、第1の実施形態の第1クロック生成回路CPG1に第1クロック出力回路CO12、CO13を加えて構成されている。第1クロック出力回路CO10〜CO13は、第1基準クロックCK1Bおよびフラグ信号FLAG[0]〜FLAG[3]をそれぞれ受け、第1クロックCK1[0]〜CK1[3]をそれぞれ出力する。第1クロック出力回路CO12、CO13の構成および動作は、第1クロック出力回路CO10の構成および動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0090】
図11は、第3の実施形態における第2クロック生成回路CPG2aの詳細を示している。
第2クロック生成回路CPG2aは、第2の実施形態の第2クロック生成回路CPG2に第2クロック出力回路CO22、CO23を加えて構成されている。第2クロック出力回路CO20〜CO23は、第2基準クロックCK2Bおよびフラグ信号FLAG[0]〜FLAG[3]をそれぞれ受け、第2クロックCK2[0]〜CK2[3]をそれぞれ出力する。第2クロック出力回路CO22、CO23の構成および動作は、第2クロック出力回路CO20の構成および動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0091】
図12は、第3の実施形態におけるチャージポンプCP2aの詳細を示している。チャージポンプCP2aは、第2の実施形態のチャージポンプCP2に第1容量素子C12、C13、第2容量素子C22、C23を加えて構成されている。その他の構成は、第2の実施形態のチャージポンプCP2と同一である。
【0092】
第1容量素子C12、C13は、一端が第1クロックCK1[2]、CK1[3]をそれぞれ受け、他端が第1ノードP1に接続されている。すなわち、第1容量素子C10〜C13は、第1ノードP1に並列に接続されている。第1容量素子C12、C13の容量は、第1ノードP1に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。第1容量素子C12、C13は、第1容量素子C10、C11と同様に動作する。
【0093】
第2容量素子C22、C23は、一端が第2クロックCK2[2]、CK2[3]をそれぞれ受け、他端が第2ノードP2に接続されている。すなわち、第2容量素子C20〜C23は、第2ノードP2に並列に接続されている。第2容量素子C22、C23の容量は、第2ノードP2に接続される容量素子の容量(寄生容量)に比べて十分に大きい。第2容量素子C22、C23は、第2容量素子C20、C21と同様に動作する。
【0094】
チャージポンプCP2aの動作は、第2の実施形態のチャージポンプCP2の動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。但し、第1ノードP1に接続された第1容量素子の数および第2ノードP2に接続された第2容量素子の数が増加したことで、第2昇圧電圧VO2aは、第2の実施形態のチャージポンプCP2に比べて、短時間で目標電圧まで上昇する。
【0095】
以上、第3の実施形態でも、第1および第2の実施形態と同様の効果が得られる。
なお。前述の第1〜第3の実施形態では、本発明をフラッシュメモリに適用した例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明を昇圧電圧を使用するその他の半導体デバイスに適用してもよい。
【0096】
前述の第1〜第3の実施形態では、容量素子を用いて第1または第2分圧電圧を生成する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、抵抗素子を用いて第1または第2分圧電圧を生成してもよい。
以上の実施形態において説明した発明を整理して、付記として開示する。
(付記1) 互いに同じ位相を有する複数の第1クロックをそれぞれ生成する第1クロック生成回路と、
一端で前記第1クロックをそれぞれ受け、他端が第1ノードに接続される複数の第1容量素子を有し、前記第1容量素子の充放電を利用して出力ノードに第1昇圧電圧を生成するチャージポンプとを備え、
前記第1クロック生成回路は、前記第1昇圧電圧が目標電圧より低いときに第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記第1駆動能力より弱い第2駆動能力で前記各第1クロックを出力する複数の第1クロック出力回路を前記第1クロックにそれぞれ対応して備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0097】
(付記2) 付記1記載のチャージポンプ回路において、
前記各第1クロック出力回路は、
第1弱クロックを前記第2駆動能力で常時出力する第1弱出力回路と、
第1強クロックを前記第1駆動能力で前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに出力する第1強出力回路と、
前記第1弱出力回路の出力と前記第1強出力回路の出力とに接続され、前記第1弱クロックと前記第1強クロックとを前記各第1クロックとして合成する第1合成ノードとを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0098】
(付記3) 付記2記載のチャージポンプ回路において、
前記第1強出力回路にそれぞれ対応するフラグを有し、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに前記フラグを順次セットし、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記フラグを順次リセットするフラグ回路を備え、
前記各第1強出力回路は、対応するフラグがセットされているときに動作し、対応するフラグがリセットされているときに停止することを特徴とするチャージポンプ回路。
【0099】
(付記4) 付記2記載のチャージポンプ回路において、
前記各第1弱出力回路は、前記第1弱クロックを出力する第1トランジスタサイズの出力バッファを備え、
前記各第1強出力回路は、前記第1強クロックを出力する前記第1トランジスタサイズより大きい第2トランジスタサイズの出力バッファを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0100】
(付記5) 付記4記載のチャージポンプ回路において、
前記各第1強出力回路の出力バッファは、ドレインが前記第1合成ノードにそれぞれ接続されるpMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタを備え、
前記各第1弱出力回路は、対応する第1強出力回路の停止中に、対応する第1強出力回路の出力バッファのpnジャンクションが前記第1合成ノードの電圧変化によりオンしない駆動能力に設定されていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0101】
(付記6) 付記1記載のチャージポンプ回路において、
前記第1昇圧電圧を分圧し、第1分圧電圧を生成する第1分圧回路と
前記第1分圧電圧を第1基準電圧と比較する電圧比較回路とを備え、
前記第1クロック出力回路は、前記電圧比較回路により、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より低いと判定されたときに前記第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より高いと判定されたときに前記第2駆動能力で前記各第1クロックを出力することを特徴とするチャージポンプ回路。
【0102】
(付記7) 付記1記載のチャージポンプ回路において、
前記出力ノードと、チャージポンプ回路と共に半導体集積回路に形成される内部回路の電圧供給線との間に接続されるスイッチと、
前記電圧供給線の電圧を分圧し、第2分圧電圧を生成する第2分圧回路と、
前記第2分圧電圧が第2基準電圧より低いときに前記スイッチをオンさせるスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0103】
(付記8) 互いに同じ位相を有する複数の第1クロックをそれぞれ生成する第1クロック生成回路と、
前記第1クロックにそれぞれ対応し、前記第1クロックとは逆の位相を有する複数の第2クロックをそれぞれ生成する第2クロック生成回路と、
一端で前記第1クロックをそれぞれ受け、他端が第1ノードに接続される複数の第1容量素子と、一端で前記第2クロックをそれぞれ受け、他端が第2ノードに接続される複数の第2容量素子と、前記第1および第2ノードの間に接続され、前記第1クロックの有効期間中にオンする昇圧スイッチとを有し、前記第1容量素子の充放電を利用して前記第1ノードに第1昇圧電圧を生成し、前記第1昇圧電圧および前記第2容量素子の充放電を利用して出力ノードに前記第1昇圧電圧より高い第2昇圧電圧を生成するチャージポンプとを備え、
前記第1クロック生成回路は、前記第2昇圧電圧が目標電圧より低いときに第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記第1駆動能力より弱い第2駆動能力で前記各第1クロックを出力する複数の第1クロック出力回路を前記第1クロックにそれぞれ対応して備え、
前記第2クロック生成回路は、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに前記第1駆動能力で前記各第2クロックを出力し、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記第2駆動能力で前記各第2クロックを出力する複数の第2クロック出力回路を前記第2クロックにそれぞれ対応して備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0104】
(付記9) 付記8記載のチャージポンプ回路において、
前記各第1クロック出力回路は、
第1弱クロックを前記第2駆動能力で常時出力する第1弱出力回路と、
第1強クロックを前記第1駆動能力で前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに出力する第1強出力回路と、
前記第1弱出力回路の出力と前記第1強出力回路の出力とに接続され、前記第1弱クロックと前記第1強クロックとを前記各第1クロックとして合成する第1合成ノードとを備え、
前記各第2クロック出力回路は、
第2弱クロックを前記第2駆動能力で常時出力する第2弱出力回路と、
第2強クロックを前記第1駆動能力で前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに出力する第2強出力回路と、
前記第2弱出力回路の出力と前記第2強出力回路の出力とに接続され、前記第2弱クロックと前記第2強クロックとを前記各第2クロックとして合成する第2合成ノードとを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0105】
(付記10) 付記9記載のチャージポンプ回路において、
一対の前記第1および第2強出力回路にそれぞれ対応するフラグを有し、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに前記フラグを順次セットし、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記フラグを順次リセットするフラグ回路を備え、
前記各第1および第2強出力回路は、対応するフラグがセットされているときに動作し、対応するフラグがリセットされているときに停止することを特徴とするチャージポンプ回路。
【0106】
(付記11) 付記9記載のチャージポンプ回路において、
前記各第1弱出力回路は、前記第1弱クロックを出力する第1トランジスタサイズの出力バッファを備え、
前記各第1強出力回路は、前記第1強クロックを出力する前記第1トランジスタサイズより大きい第2トランジスタサイズの出力バッファを備え、
前記各第2弱出力回路は、前記第2弱クロックを出力する前記第1トランジスタサイズの出力バッファを備え、
前記各第2強出力回路は、前記第2強クロックを出力する前記第2トランジスタサイズの出力バッファを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0107】
(付記12) 付記11記載のチャージポンプ回路において、
前記各第1強出力回路の出力バッファは、ドレインが前記第1合成ノードにそれぞれ接続されるpMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタを備え、
前記各第2強出力回路の出力バッファは、ドレインが前記第2合成ノードにそれぞれ接続されるpMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタを備え、
前記各第1弱出力回路は、対応する第1強出力回路の停止中に、対応する第1強出力回路の出力バッファのpnジャンクションが前記第1合成ノードの電圧変化によりオンしない駆動能力に設定され、
前記各第2弱出力回路は、対応する第2強出力回路の停止中に、対応する第2強出力回路の出力バッファのpnジャンクションが前記第2合成ノードの電圧変化によりオンしない駆動能力に設定されていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0108】
(付記13) 付記8記載のチャージポンプ回路において、
前記第2昇圧電圧を分圧し、第1分圧電圧を生成する第1分圧回路と
前記第1分圧電圧を第1基準電圧と比較する電圧比較回路とを備え、
前記第1クロック出力回路は、前記電圧比較回路により、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より低いと判定されたときに前記第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より高いと判定されたときに前記第2駆動能力で前記各第1クロックを出力し、
前記第2クロック出力回路は、前記電圧比較回路により、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より低いと判定されたときに前記第1駆動能力で前記各第2クロックを出力し、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より高いと判定されたときに前記第2駆動能力で前記各第2クロックを出力することを特徴とするチャージポンプ回路。
【0109】
(付記14) 付記8記載のチャージポンプ回路において、
前記出力ノードと、チャージポンプ回路と共に半導体集積回路に形成される内部回路の電圧供給線との間に接続されるスイッチと、
前記電圧供給線の電圧を分圧し、第2分圧電圧を生成する第2分圧回路と、
前記第2分圧電圧が第2基準電圧より低いときに前記スイッチをオンさせるスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
【0110】
(付記15) 付記8記載のチャージポンプ回路において、
前記第1および第2クロックは、互いの有効期間が重ならないことを特徴とするチャージポンプ回路。
以上、本発明について詳細に説明してきたが、前述の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
【0111】
【発明の効果】
請求項1のチャージポンプ回路では、第1容量素子に充放電される電荷のほとんどを第1昇圧電圧の生成に寄与させることができる。第1昇圧電圧の生成効率が向上するため、例えば、第1容量素子の容量を小さくできる。この結果、チャージポンプ回路の消費電力を削減できる。また、第1容量素子を充放電させるクロックの周波数を変更する回路は不要になる。
請求項2のチャージポンプ回路では、第1クロック出力回路は、各第1クロックを常時出力しながら、その駆動能力を容易に変更できる。
【0112】
請求項3のチャージポンプ回路では、フラグ回路を設けることで、動作させる第1強出力回路の数を簡易な回路で制御できる。
請求項4のチャージポンプ回路では、簡易な回路で第1基準電圧を生成できる。従って、第1基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
請求項5のチャージポンプ回路では、第1昇圧電圧を内部回路に直接供給する場合に比べて、電圧供給線の電圧を一定の電圧に安定させることができる。また、簡易な回路で第2基準電圧を生成できる。従って、第2基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
【0113】
請求項6のチャージポンプ回路では、第1および第2容量素子に充放電される電荷のほとんどを第2昇圧電圧の生成に寄与させることができる。第2昇圧電圧の生成効率が向上するため、例えば、第1および第2容量素子の容量を小さくできる。この結果、チャージポンプ回路の消費電力を削減できる。また、第1および第2容量素子を充放電させるクロックの周波数を変更する回路は不要になる。さらに、第1昇圧電圧および第2容量素子の充放電を利用して第2昇圧電圧を生成するため、高い昇圧電圧を生成できる。第2昇圧電圧を二段階の昇圧動作により生成することで、所定の昇圧電圧を高い精度で生成できる。
【0114】
請求項7のチャージポンプ回路では、第1クロック出力回路は、各第1クロックを常時出力しながら、その駆動能力を容易に変更できる。同様に、第2クロック出力回路は、各第2クロックを常時出力しながら、その駆動能力を容易に変更できる。
請求項8のチャージポンプ回路では、フラグ回路を設けることで、動作させる第1および第2強出力回路の数を簡易な回路で制御できる。
【0115】
請求項9のチャージポンプ回路では、簡易な回路で第1基準電圧を生成できる。従って、第1基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
請求項10のチャージポンプ回路では、第2昇圧電圧を内部回路に直接供給する場合に比べて、電圧供給線の電圧を一定の電圧に安定させることができる。また、簡易な回路で第2基準電圧を生成できる。従って、第2基準電圧を精度よく、かつ安定して生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のチャージポンプ回路の第1の実施形態を示すブロック図である。
【図2】第1の実施形態における第1クロック生成回路の詳細を示すブロック図である。
【図3】第1の実施形態の動作概要を示す説明図である。
【図4】本発明のチャージポンプ回路の第2の実施形態を示すブロック図である。
【図5】第2の実施形態における第1クロック生成回路の詳細を示すブロック図である。
【図6】第2の実施形態における第2クロック生成回路の詳細を示すブロック図である。
【図7】第2の実施形態におけるチャージポンプの詳細を示す回路図である。
【図8】第2の実施形態におけるチャージポンプの動作を示す波形図である。
【図9】本発明のチャージポンプ回路の第3の実施形態を示すブロック図である。
【図10】第3の実施形態における第1クロック生成回路の詳細を示すブロック図である。
【図11】第3の実施形態における第2クロック生成回路の詳細を示すブロック図である。
【図12】第3の実施形態におけるチャージポンプの詳細を示す回路図である。
【符号の説明】
10、20、30 チャージポンプ回路
CP1、CP2、CP2a チャージポンプ
CK1、CK1[0]、CK1[1]、CK1[2]、CK1[3] 第1クロック
CPG1、CPG1a 第1クロック生成回路
CO10、CO11、CO12、CO13 第1クロック出力回路
S1 第1強出力回路
CK1S 第1強クロック
W1 第1弱出力回路
CK1W 第1弱クロック
ND1 第1合成ノード
C00、C01、C10、C11、C12、C13 第1容量素子
VN1、P1 第1ノード
CK2、CK2[0]、CK2[1]、CK2[2]、CK2[3] 第2クロック
CPG2、CPG2a 第2クロック生成回路
CO20、CO21、CO22、CO23 第2クロック出力回路
S2 第2強出力回路
CK2S 第2強クロック
W2 第2弱出力回路
CK2W 第2弱クロック
ND2 第2合成ノード
C20、C21、C22、C23 第2容量素子
P2 第2ノード
VO1、VO2、VO2a 出力ノード
FC1、FC1a フラグ回路
F0、F1、F2、F3 フラグ
DV1、DV3、DV4 第1分圧回路
DV2、DV5 第2分圧回路
CMP1、CMP2 電圧比較回路
SW スイッチ
VO1 第1昇圧電圧
VO2、VO2a 第2昇圧電圧
VT 目標電圧
VD1、VD3、VD4 第1分圧電圧
VD2、VD5 第2分圧電圧
VREF 基準電圧
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge pump circuit mounted on a semiconductor integrated circuit.
[0002]
[Prior art]
A nonvolatile semiconductor memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) or a flash memory supplies a high voltage to a word line when data is written to a memory cell. Generally, these semiconductor memories have a charge pump circuit in order to generate a high voltage. A semiconductor memory mounted on a portable device using a battery is required to have low power consumption, and it is necessary to reduce power consumption of a charge pump circuit.
[0003]
In an example of a charge pump circuit capable of reducing power consumption, a boosted voltage is generated by applying a clock having a predetermined frequency to a capacitive element connected to a boost node in the charge pump, and after the boosted voltage rises to a target voltage, The frequency is lowered (for example, see Patent Document 1).
[Patent Document 1]
JP-A-6-62562
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described example of the charge pump circuit, it is necessary to select one of two clocks according to the boosted voltage, and thus a circuit that generates a plurality of clocks having different frequencies is required. In order to avoid malfunction of the charge pump, it is necessary to prevent a hazard or the like from occurring when the clock frequency is switched. For this reason, a circuit for preventing the occurrence of a hazard or the like must be specially provided.
[0005]
An object of the present invention is to provide a charge pump circuit capable of reducing power consumption. Another object of the present invention is to provide a charge pump circuit capable of generating a predetermined boosted voltage without changing the clock frequency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the first clock generation circuit generates a plurality of first clocks having the same phase. The charge pump has a plurality of first capacitive elements each receiving a first clock at one end and connected to the first node at the other end, and uses a charge / discharge of the first capacitive element to generate a first boost at the output node. Generate voltage. The first clock generation circuit has a plurality of first clock output circuits corresponding to the first clocks. The first clock output circuit outputs each first clock with the first driving capability when the first boosted voltage is lower than the target voltage, and is weaker than the first driving capability when the first boosted voltage is higher than the target voltage. Each first clock is output with the driving ability.
[0007]
The first clock output circuit constantly outputs each first clock while changing the driving capability in accordance with the first boosted voltage. Thereby, the voltage at one end of the first capacitor element always changes simultaneously. For this reason, the first capacitive element is charged and discharged simultaneously. As a result, in the first capacitor element, one charge / discharge does not affect the other. Therefore, most of the charge charged / discharged in the first capacitor element can contribute to the generation of the first boosted voltage. Since the generation efficiency of the first boosted voltage is improved, for example, the capacity of the first capacitor element can be reduced. As a result, the power consumption of the charge pump circuit can be reduced.
[0008]
Since the first boosted voltage is adjusted by changing the driving capability of the first clock output circuit, a circuit for changing the frequency of the clock for charging and discharging the first capacitive element is not necessary.
Also, Each first clock output circuit has a first weak output circuit, a first strong output circuit, and a first synthesis node. The first weak output circuit always outputs the first weak clock with the second driving capability. The first strong output circuit outputs the first strong clock with the first driving capability when the first boosted voltage is lower than the target voltage. The first synthesis node is connected to the output of the first weak output circuit and the output of the first strong output circuit, and synthesizes the first weak clock and the first strong clock as each first clock.
[0009]
Each first clock output circuit always operates the first weak output circuit, and changes the driving capability depending on the operation / non-operation of the first strong output circuit. That is, the first clock output circuit can easily change the driving capability while always outputting each first clock.
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the flag circuit has a flag corresponding to each of the first strong output circuits. The flag circuit sequentially sets the flag when the first boosted voltage is lower than the target voltage, and sequentially resets the flag when the first boosted voltage is higher than the target voltage. Each first strong output circuit operates when the corresponding flag is set, and stops when the corresponding flag is reset.
[0010]
By providing the flag circuit, the number of first strong output circuits to be operated can be controlled with a simple circuit.
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the first voltage dividing circuit divides the first boosted voltage to generate the first divided voltage. The voltage comparison circuit compares the first divided voltage with the first reference voltage. The first clock output circuit outputs each first clock with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, and the first divided voltage is When it is determined that the voltage is higher than one reference voltage, each first clock is output with the second driving capability.
[0011]
The magnitude relationship between the first boosted voltage and the target voltage is recognized by comparing the first divided voltage with the first reference voltage. Since it is not necessary to use the boosted voltage as the first reference voltage, the first reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the first reference voltage can be generated accurately and stably.
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the second voltage dividing circuit divides the voltage of the power supply line of the internal circuit formed in the semiconductor integrated circuit together with the charge pump circuit to generate the second divided voltage. The switch control circuit turns on the switch when the second divided voltage is lower than the second reference voltage, and connects the output node to the voltage supply line.
[0012]
Since the switch functions as a so-called regulator, the voltage of the voltage supply line can be stabilized at a constant voltage as compared with the case where the first boosted voltage is directly supplied to the internal circuit.
The magnitude relationship between the voltage of the voltage supply line and the target voltage is recognized by comparing the second divided voltage with the second reference voltage. Since it is not necessary to use the boosted voltage as the second reference voltage, the second reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the second reference voltage can be generated accurately and stably.
[0013]
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the first clock generation circuit generates a plurality of first clocks having the same phase. The second clock generation circuit generates a plurality of second clocks respectively corresponding to the first clock and having a phase opposite to that of the first clock. The charge pump receives a first clock at one end and a plurality of first capacitance elements whose other ends are connected to the first node, receives a second clock at one end, and is connected to the second node at the other end. A plurality of second capacitive elements and a booster switch connected between the first and second nodes and turned on during the effective period of the first clock. The charge pump generates a first boosted voltage at the first node using charge / discharge of the first capacitor element, and generates a first boosted voltage at the output node using charge / discharge of the first capacitor element and the second capacitor element. A higher second boosted voltage is generated. The first clock generation circuit has a plurality of first clock output circuits corresponding to the first clocks. The first clock output circuit outputs each first clock with the first driving capability when the second boosted voltage is lower than the target voltage, and is weaker than the first driving capability when the second boosted voltage is higher than the target voltage. Each first clock is output with the driving ability. The second clock generation circuit has a plurality of second clock output circuits corresponding to the second clocks. The second clock output circuit outputs each second clock with the first driving capability when the second boosted voltage is lower than the target voltage, and outputs with the second driving capability when the second boosted voltage is higher than the target voltage.
[0014]
The first clock output circuit constantly outputs each first clock while changing the driving capability in accordance with the second boosted voltage. Thereby, the voltage at one end of the first capacitor element always changes simultaneously. For this reason, the first capacitive element is charged and discharged simultaneously. As a result, in the first capacitor element, one charge / discharge does not affect the other. Therefore, most of the charge charged / discharged in the first capacitor element can contribute to the generation of the second boosted voltage. The second clock output circuit always outputs each second clock while changing the driving capability according to the second boosted voltage. Thereby, the voltage at one end of the second capacitor element always changes simultaneously. For this reason, the 2nd capacity element is charged and discharged simultaneously. As a result, in the second capacitor element, one charge / discharge does not affect the other. Therefore, most of the charge charged / discharged in the second capacitor element can contribute to the generation of the second boosted voltage. Since the generation efficiency of the second boosted voltage is improved, for example, the capacitances of the first and second capacitive elements can be reduced. As a result, the power consumption of the charge pump circuit can be reduced.
[0015]
Since the second boosted voltage is adjusted by changing the driving capability of the first and second clock output circuits, a circuit for changing the frequency of the clock for charging and discharging the first and second capacitive elements is not necessary.
Since the second boosted voltage is generated using the first boosted voltage and the charge / discharge of the second capacitor element, a high boosted voltage can be generated. Moreover, the predetermined boosted voltage can be generated with high accuracy by generating the second boosted voltage by a two-stage boosting operation.
[0016]
Also, Each first clock output circuit has a first weak output circuit, a first strong output circuit, and a first synthesis node. The first weak output circuit always outputs the first weak clock with the second driving capability. The first strong output circuit outputs the first strong clock with the first driving capability when the second boosted voltage is lower than the target voltage. The first synthesis node is connected to the output of the first weak output circuit and the output of the first strong output circuit, and synthesizes the first weak clock and the first strong clock as each first clock. Each second clock output circuit has a second weak output circuit, a second strong output circuit, and a second synthesis node. The second weak output circuit always outputs the second weak clock with the second driving capability. The second strong output circuit outputs the second strong clock with the first driving capability when the second boosted voltage is lower than the target voltage. The second synthesis node is connected to the output of the second weak output circuit and the output of the second strong output circuit, and synthesizes the second weak clock and the second strong clock as each second clock.
[0017]
Each first clock output circuit always operates the first weak output circuit, and changes the driving capability depending on the operation / non-operation of the first strong output circuit. That is, the first clock output circuit can easily change the driving capability while always outputting each first clock. Similarly, each second clock output circuit always operates the second weak output circuit, and changes the driving capability depending on the operation / non-operation of the second strong output circuit. That is, the second clock output circuit can easily change its driving capability while always outputting each second clock.
[0018]
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the flag circuit has a flag corresponding to each of the pair of first and second strong output circuits. The flag circuit sequentially sets the flag when the second boosted voltage is lower than the target voltage, and sequentially resets the flag when the second boosted voltage is higher than the target voltage. Each first and second strong output circuit operates when the corresponding flag is set, and stops when the corresponding flag is reset.
[0019]
By providing the flag circuit, the number of first and second strong output circuits to be operated can be controlled with a simple circuit.
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the first voltage dividing circuit divides the second boosted voltage to generate the first divided voltage. The voltage comparison circuit compares the first divided voltage with the first reference voltage. The first clock output circuit outputs each first clock with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, and the first divided voltage is When it is determined that the voltage is higher than one reference voltage, each first clock is output with the second driving capability. The second clock output circuit outputs each second clock with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, and the first divided voltage is When it is determined that the voltage is higher than one reference voltage, each second clock is output with the second driving capability.
[0020]
The magnitude relationship between the second boosted voltage and the target voltage is recognized by comparing the first divided voltage with the first reference voltage. Since it is not necessary to use the boosted voltage as the first reference voltage, the first reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the first reference voltage can be generated accurately and stably.
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the second voltage dividing circuit divides the voltage of the power supply line of the internal circuit formed in the semiconductor integrated circuit together with the charge pump circuit to generate the second divided voltage. The switch control circuit turns on the switch when the second divided voltage is lower than the second reference voltage, and connects the output node to the voltage supply line.
[0021]
Since the switch functions as a so-called regulator, the voltage of the voltage supply line can be stabilized at a constant voltage as compared with the case where the second boosted voltage is directly supplied to the internal circuit.
The magnitude relationship between the voltage of the voltage supply line and the target voltage is recognized by comparing the second divided voltage with the second reference voltage. Since it is not necessary to use the boosted voltage as the second reference voltage, the second reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the second reference voltage can be generated accurately and stably.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the voltage of the voltage line and the voltage of the node, respectively. In the figure, a signal indicated by a thick line is composed of a plurality of bits.
FIG. 1 shows a first embodiment of the charge pump circuit of the present invention. This embodiment corresponds to claims 1 to 5. This charge pump circuit is formed in a flash memory, for example. The boosted voltage generated by the charge pump circuit is used for the program operation of the flash memory.
[0023]
The charge pump circuit 10 includes a first clock generation circuit CPG1, a charge pump CP1, a first voltage dividing circuit DV1, a voltage comparison circuit CMP1, a flag circuit FC1, a voltage comparison circuit CMP2 (switch control circuit), a switch SW, and a second voltage division. It has a circuit DV2.
The first clock generation circuit CPG1 generates two first clocks CK1 [0] and CK1 [1] having the same phase based on a first reference clock CK1B supplied from an oscillator (not shown). . Details of the first clock generation circuit CPG1 will be described with reference to FIG.
[0024]
The charge pump CP1 includes first capacitive elements C00 and C01 and nMOS transistors N00 and N01.
The first capacitive elements C00 and C01 receive the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] at one end, respectively, and the other end is connected to the first node VN1. The capacitances of the first capacitive elements C00 and C01 are sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the first node VN1.
[0025]
The gate and drain of the nMOS transistor N00 are both connected to the power supply line VCC. The source of the nMOS transistor N00 is connected to the first node VN1. Thus, the voltage at the first node VN1 does not become lower than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the nMOS transistor N00 from the power supply voltage VCC.
The gate and drain of the nMOS transistor N01 are both connected to the first node VN1. The source of the nMOS transistor N01 is connected to the output node VO1 of the charge pump CP1. The threshold voltage of the nMOS transistor N01 is, for example, the same as the threshold voltage of the nMOS transistor N00. Thereby, the voltage (first boosted voltage) of the output node VO1 does not become lower than the voltage obtained by subtracting twice the threshold voltage of the nMOS transistor N00 from the power supply voltage VCC.
[0026]
When the first clock CK1 changes from a high level (power supply voltage VCC) to a low level (ground voltage VSS), the first node VN1 is stepped down by capacitive coupling. However, a current is replenished from the power supply line VCC to the first node VN1 via the nMOS transistor N00. Therefore, the first node VN1 becomes a voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the nMOS transistor N00 from the power supply voltage VCC.
[0027]
When the first clock CK1 changes from low level to high level, the first node VN1 is boosted by capacitive coupling. At this time, the nMOS transistor N01 is turned on, and a current flows from the first node VN1 to the output node VO1. A capacitive element (not shown) connected to the output node VO1 is charged, and the first boosted voltage VO1 rises. Since the nMOS transistors N00 and N01 are so-called diode-connected, no current flows from the output node VO1 to the first node VN1. As these operations continue, the first boosted voltage VO1 gradually rises at every rising edge of the first clock CK1.
[0028]
The first voltage dividing circuit DV1 includes capacitive elements CD10 and CD11 connected in series via the node VD1 between the output node VO1 and the ground line VSS. The first voltage dividing circuit DV1 divides the first boosted voltage VO1 by the capacitance ratio of the capacitive elements CD10 and CD11, and generates the first divided voltage VD1 at the node VD1.
The voltage comparison circuit CMP1 is composed of a differential amplifier. The voltage comparison circuit CMP1 compares the first divided voltage VD1 with the reference voltage VREF (first reference voltage), and outputs the comparison result to the flag circuit FC1 as a comparison result signal RES1. When the voltage comparison circuit CMP1 determines that the first divided voltage VD1 is lower than the reference voltage VREF, the voltage comparison circuit CMP1 fixes the comparison result signal RES1 at a high level (power supply voltage VCC). When the voltage comparison circuit CMP1 determines that the first divided voltage VD1 is higher than the reference voltage VREF, the voltage comparison circuit CMP1 fixes the comparison result signal RES1 to a low level (ground voltage VSS). The magnitude relationship between the first boosted voltage VO1 and the target voltage is recognized by comparing the first divided voltage VD1 with the reference voltage VREF. For this reason, the boosted voltage need not be used for the reference voltage VREF.
[0029]
The flag circuit FC1 has flags F0 and F1 respectively corresponding to the first strong output circuits S1 of the first clock output circuits CO10 and CO11 described in FIG. The flag circuit FC1 outputs the logical values of the flags F0 and F1 to the first clock generation circuit CPG1 as 2-bit flag signals FLAG [0] and FLAG [1].
The flag circuit FC1 sequentially resets the flags F0 and F1 in a predetermined cycle (Tcyc described in FIG. 3) when the comparison result signal RES1 is at a low level. That is, when the comparison result signal RES1 changes from the high level to the low level, first, the flag signal FLAG [1] changes from the high level to the low level at a predetermined time interval Tcyc, and further, the predetermined time interval Tcyc increases. The flag signal FLAG [0] also changes from high level to low level.
[0030]
The flag circuit FC1 sequentially sets the flags F0 and F1 with a predetermined cycle Tcyc when the comparison result signal RES1 is at a high level. That is, when the comparison result signal RES1 changes from the low level to the high level, the flag signal FLAG [0] first changes from the low level to the high level at a predetermined time interval Tcyc, and further, the predetermined time interval Tcyc increases. The flag signal FLAG [1] also changes from a low level to a high level.
[0031]
The voltage comparison circuit CMP2 is composed of a differential amplifier. The voltage comparison circuit CMP2 compares a second divided voltage VD2 described later with a reference voltage VREF (second reference voltage), and outputs the comparison result to the switch SW as a comparison result signal RES2. When the voltage comparison circuit CMP2 determines that the second divided voltage VD2 is higher than the reference voltage VREF, the voltage comparison circuit CMP2 fixes the comparison result signal RES2 at a high level (power supply voltage VCC). When the voltage comparison circuit CMP2 determines that the second divided voltage VD2 is lower than the reference voltage VREF, the voltage comparison circuit CMP2 fixes the comparison result signal RES2 to a low level (ground voltage VSS). Since the voltage comparison circuit CMP2 receives the common reference voltage VREF as the comparison reference voltage with the voltage comparison circuit CMP1, the scale of the circuit that generates the comparison reference voltage is reduced.
[0032]
The switch SW is composed of a pMOS transistor. The drain and source of the switch SW are connected to the output node VO1 and the voltage supply line VPRG of the memory core CORE (internal circuit), respectively. The gate of the switch SW receives the comparison result signal RES2. The switch SW is turned on when the comparison result signal RES2 is at a low level (when the second divided voltage VD2 is lower than the reference voltage VREF).
[0033]
When the switch SW is turned on, a current flows from the output node VO1 to the voltage supply line VPRG, and the voltage of the voltage supply line VPRG rises until the comparison result signal RES2 changes to a high level. The voltage of the voltage supply line VPRG is supplied as the drain voltage of the memory cell formed in the memory core CORE. Since the switch SW functions as a so-called regulator, the voltage of the voltage supply line VPRG is stabilized at a constant voltage as compared with the case where the first boosted voltage VO1 is directly supplied to the memory core CORE.
[0034]
The second voltage dividing circuit DV2 includes capacitive elements CD20 and CD21 connected in series via the node VD2 between the voltage supply line VPRG and the ground line VSS. The second voltage dividing circuit DV2 divides the voltage of the voltage supply line VPRG by the capacitance ratio of the capacitive elements CD20 and CD21, and generates the second divided voltage VD2 at the node VD2.
FIG. 2 shows details of the first clock generation circuit CPG1 in the first embodiment.
[0035]
The first clock generation circuit CPG1 includes first clock output circuits CO10 and CO11 corresponding to the first clocks CK1 [0] and CK1 [1], respectively.
The first clock output circuit CO10 has a first weak output circuit W1, a first strong output circuit S1, and a first synthesis node ND1.
The first weak output circuit W1 has an output buffer BW composed of an inverter INVW and an inverter of the first transistor size. The inverter INVW outputs an inverted clock of the first reference clock CK1B to the output buffer BW. The output buffer BW inverts the inverted clock of the first reference clock CK1B and outputs it as the first weak clock CK1W. Thereby, the first weak output circuit W1 always outputs the first weak clock CK1W.
[0036]
The first strong output circuit S1 includes an inverter INVS, a NAND circuit NAS, a NOR circuit NRS, a second transistor-sized pMOS transistor PTS and an nMOS transistor NTS that constitute an output buffer. The second transistor size is larger than the first transistor size. The inverter INVS outputs the inverted logic of the flag signal FLAG [0] to the NOR circuit NRS. The NOR circuit NRS is activated when the inversion logic of the flag signal FLAG [0] is at a low level (when the flag signal FLAG [0] is at a high level), and the inversion clock of the first reference clock CK1B is used as an nMOS transistor. Output to NTS gate. The NAND circuit NAS is activated when the flag signal FLAG [0] is at a high level, and outputs an inverted clock of the first reference clock CK1B to the gate of the pMOS transistor PTS.
[0037]
The source of the pMOS transistor PTS and the source of the nMOS transistor NTS are connected to the power supply line VCC and the ground line VSS, respectively. The drain of the pMOS transistor PTS and the drain of the nMOS transistor NTS are both connected to the first synthesis node ND1. When the flag signal FLAG [0] is at a high level, the pMOS transistor PTS and the nMOS transistor NTS are alternately turned on in synchronization with the transition edge of the first reference clock CK1B to generate the first strong clock CK1S. That is, the first strong output circuit S1 has a driving capability (first driving capability) stronger than the driving capability (second driving capability) of the first weak output circuit W1 when the flag signal FLAG [0] is at a high level. The first strong clock CK1S is output.
[0038]
The first synthesis node ND1 is connected to the output of the first weak output circuit W1 and the output of the first strong output circuit S1, and uses the first weak clock CK1W and the first strong clock CK1S as the first clock CK1 [0]. Synthesize. Thereby, the first clock output circuit CO10 uses the first weak clock CK1W as the first clock CK1 [0] when the flag signal FALG [0] is at a low level (when the first boosted voltage VO1 is higher than the target voltage). When the flag signal FLAG [0] is at a high level (when the first boosted voltage VO1 is lower than the target voltage), a clock obtained by synthesizing the first weak clock CK1W and the first strong clock CK1S is the first clock CK1. Output as [0]. Since the first weak output circuit W1 and the first strong output circuit S1 commonly use the first reference clock CK1B, the first weak clock CK1W and the first strong clock CK1S have the same phase. For this reason, as will be described later, no through current is generated in the first clock generation circuit CPG1. As described above, the first clock output circuit CO10 always operates the first weak output circuit W1, and changes the driving capability depending on the operation / non-operation of the first strong output circuit S1.
[0039]
If the driving capability of the first weak output circuit W1 is too weak, the first clock CK1 [0] while the first strong output circuit S1 is stopped (when the flag signal FLAG [0] is low) is the same as floating. It becomes the state of. In this case, when the voltage of the first node VN1 of the charge pump CP1 changes, the voltage of the first composite node ND1 changes to a voltage higher than the power supply voltage VCC or a voltage (negative voltage) lower than the ground voltage VSS due to capacitive coupling. There is. When the first composite node ND1 becomes a voltage higher than the power supply voltage VCC, a forward current flows through a pn junction between the drain and the substrate of the pMOS transistor PTS in the first strong output circuit S1 (a forward bias condition occurs). . When the first composite node ND1 becomes lower than the ground voltage VSS, a forward current flows through the pn junction between the drain and the substrate of the nMOS transistor NTS of the first strong output circuit S1 (a forward bias condition occurs). .
[0040]
In order to prevent this, the first weak output circuit W1 is configured such that the pMOS transistor PTS of the first strong output circuit S1 and the pn junction of the nMOS transistor NTS are at the voltage of the first composite node ND1 while the first strong output circuit S1 is stopped. It is set to the minimum drive capacity that does not turn on due to a change. By setting the first weak output circuit W1 to such a minimum driving capability, the power consumption of the charge pump circuit 10 is reduced.
[0041]
The first clock output circuit CO11 operates in the same manner as the first clock output circuit CO10, receives the first reference clock CK1B and the flag signal FLAG [1], and outputs the first clock CK1 [1]. Since the configuration of the first clock output circuit CO11 is the same as the configuration of the first clock output circuit CO10, detailed description thereof is omitted.
Since the first clock output circuits CO10 and CO11 have the same circuit configuration and use the first reference clock CK1B in common, the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] have the same phase.
[0042]
FIG. 3 shows an outline of the operation of the first embodiment.
When the first boosted voltage VO1 becomes higher than the target voltage VT at time T1, the voltage comparison circuit CMP1 changes the comparison result signal RES1 from high level to low level.
At time T2 when a predetermined time interval Tcyc has elapsed from the falling edge of the comparison result signal RES1, the flag circuit FC1 resets the flag F1. For this reason, the flag signal FLAG [1] changes from a high level to a low level. The first strong output circuit S1 of the first clock output circuit CO11 stops in response to the falling edge of the flag signal FLAG [1]. That is, the first clock output circuit CO11 outputs the first weak clock CK1W as the first clock CK1 [1]. As a result, the rising speed of the first boosted voltage VO1 decreases.
[0043]
At time T3 when a predetermined time interval Tcyc has elapsed from the falling edge of the flag signal FLAG [1], the flag circuit FC1 resets the flag F0. For this reason, the flag signal FLAG [0] changes from a high level to a low level. The first strong output circuit S1 of the first clock output circuit CO10 stops in response to the falling edge of the flag signal FLAG [0]. That is, the first clock output circuit CO10 outputs the first weak clock CK1W as the first clock CK1 [0]. As a result, the first boosted voltage VO1 starts to fall.
[0044]
When the first boosted voltage VO1 becomes lower than the target voltage VT at time T4, the voltage comparison circuit CMP1 changes the comparison result signal RES1 from the low level to the high level.
At time T5 when a predetermined time interval Tcyc has elapsed from the rising edge of the comparison result signal RES1, the flag circuit FC1 sets the flag F0. For this reason, the flag signal FLAG [0] changes from a low level to a high level. The first strong output circuit S1 of the first clock output circuit CO10 starts operation in response to the rising edge of the flag signal FLAG [0]. That is, the first clock output circuit CO10 outputs a clock obtained by synthesizing the first weak clock CK1W and the first strong clock CK1S as the first clock CK1 [0]. As a result, the first boosted voltage VO1 changes from falling to rising.
[0045]
At time T6 when a predetermined time interval Tcyc has elapsed from the rising edge of the flag signal FLAG [0], the flag circuit FC1 sets the flag F1. For this reason, the flag signal FLAG [1] changes from a low level to a high level. The first strong output circuit S1 of the first clock output circuit CO11 starts operation in response to the rising edge of the flag signal FLAG [1]. That is, the first clock output circuit CO11 outputs a clock obtained by synthesizing the first weak clock CK1W and the first strong clock CK1S as the first clock CK1 [1]. As a result, the rising speed of the first boosted voltage increases.
[0046]
As described above, in the charge pump circuit 10, the first clock output circuits CO10 and CO11 constantly change the first clocks CK1 [0] and CK1 [1], respectively, while changing the driving capability according to the first boosted voltage VO1. Output. As a result, the voltage at one end of the first capacitive elements C00 and C01 (on the side receiving the first clocks CK1 [0] and CK1 [1]) changes simultaneously. For this reason, the first capacitive elements C00 and C01 are charged and discharged simultaneously. As a result, in the first capacitance elements C00 and C01, one charge / discharge does not affect the other. Therefore, most of the charges charged and discharged in the first capacitive elements C00 and C01 contribute to the generation of the first boosted voltage VO1. In order to improve the generation efficiency of the first boosted voltage VO1, for example, the capacitances of the first capacitive elements C00 and C01 are set small. As a result, the power consumption of the charge pump circuit 10 is reduced.
[0047]
In addition, by using the flag signal FLAG output from the flag circuit FC1, the number of first strong output circuits S1 to be operated is controlled by a simple circuit.
Before the present invention, the inventor determines that at least one of the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] is the power supply voltage VCC and the ground when the first boosted voltage VO1 is higher than the target voltage VT. We studied to suppress the generation of the first boosted voltage VO1 by setting the voltage VSS or floating.
[0048]
When only the first clock CK1 [1] is fixed to the power supply voltage VCC or the ground voltage when the first boosted voltage VO1 is higher than the target voltage VT, the first capacitive element C01 that receives the first clock CK1 [1] This is a load for the boosting operation of the first node VN1 by one clock CK1 [0]. For this reason, the current consumption of the first clock CK1 [0] increases. As a result, the effect of reducing power consumption is reduced.
[0049]
When only the first clock CK1 [1] is floated when the first boosted voltage VO1 is higher than the target voltage VT, the voltage of the first node VN1 of the charge pump CP1 changes, so that the first clock CK1 [1] May be higher than the power supply voltage VCC or lower than the ground voltage VSS (negative voltage) due to capacitive coupling. At this time, the pn junction of the output buffer that outputs the first clock CK1 [1] is turned on, and the forward current flows.
[0050]
On the other hand, in the present invention, when the first boosted voltage VO1 is higher than the target voltage VT, the first clock CK1 [1] is output with the second driving capability. There is no load for the boosting operation of the first node VN1 by the clock CK1 [0]. The first weak output circuit W1 of the first clock output circuit CO10 that outputs the first clock CK1 [1] is the pn of the pMOS transistor PTS and the nMOS transistor NTS in the first strong output circuit S1 of the first clock output circuit CO10. Since the minimum driving capability at which the junction is not turned on is set, the first clock CK1 [1] is not affected by the voltage change of the first node VN1 of the charge pump CP1. For this reason, the power consumption of the charge pump circuit 10 is significantly reduced.
[0051]
As described above, in the first embodiment, the following effects can be obtained.
Since the first clock output circuits CO10 and CO11 always output the first clocks CK1 [0] and CK1 [1], respectively, the first capacitive elements C00 and C01 are simultaneously charged and discharged. For this reason, in the first capacitive elements C00 and C01, one charge / discharge does not affect the other. Therefore, most of the charges charged and discharged in the first capacitive elements C00 and C01 can contribute to the generation of the first boosted voltage VO1. Since the generation efficiency of the first boosted voltage VO1 is improved, for example, the capacitance of the first capacitor elements C00 and C01 can be reduced. As a result, the power consumption of the charge pump circuit 10 can be reduced.
[0052]
Since the first boosted voltage VO1 is adjusted by changing the driving capability of the first clock output circuits CO10 and CO11, a circuit for changing the frequency of the clock for charging and discharging the first capacitive elements C00 and C01 is not necessary.
The first clock output circuits CO10 and CO11 always operate the first weak output circuit W1, and change the driving capability depending on the operation / non-operation of the first strong output circuit S1. That is, the first clock output circuits CO10 and CO11 can easily change their driving capabilities while outputting the first clocks CK1 [0] and CK1 [1], respectively.
[0053]
By using the flag signal FLAG output from the flag circuit FC1, the number of first strong output circuits S1 to be operated can be controlled with a simple circuit.
The magnitude relationship between the first boosted voltage VO1 and the target voltage is recognized by comparing the first divided voltage VD1 with the reference voltage VREF. The magnitude relationship between the voltage of the voltage supply line VPRG and the target voltage is recognized by comparing the second divided voltage VD2 with the reference voltage VREF. Since it is not necessary to use the boosted voltage as the reference voltage VREF, the reference voltage VREF can be generated with a simple circuit. Therefore, the reference voltage VREF can be generated accurately and stably.
[0054]
Since the voltage comparison circuit CMP2 receives the reference voltage VREF common to the voltage comparison circuit CMP1 as a comparison reference voltage, the scale of the circuit that generates the comparison reference voltage can be reduced.
By providing the switch SW between the output node VO1 of the charge pump CP1 and the voltage supply line VPRG, the voltage of the voltage supply line VPRG is kept constant compared to the case where the first boosted voltage VO1 is directly supplied to the memory core CORE. The voltage can be stabilized.
[0055]
When the corresponding first strong output circuit S1 is stopped, the first weak output circuit W1 causes the pn junction of the corresponding first strong output circuit S1 and the pn junction of the nMOS transistor NTS to change due to the voltage change of the first composite node ND1. The minimum drive capacity that does not turn on is set. Therefore, it is possible to prevent a forward current from flowing through the pn junctions of the pMOS transistor PTS and the nMOS transistor NTS.
[0056]
FIG. 4 shows a second embodiment of the charge pump circuit of the present invention. This embodiment corresponds to claims 6, 7 and 9. This charge pump circuit is formed in the flash memory, for example, as in the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated in 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0057]
The charge pump circuit 20 includes a first clock generation circuit CPG1, a second clock generation circuit CPG2, a charge pump CP2, a first voltage dividing circuit DV3, a voltage comparison circuit CMP1, nMOS transistors NT0, NT1, NT2, a pMOS transistor PT0, and a latch circuit. It has LC, inverters INV0 and INV1, and a NAND circuit NA.
The first clock generation circuit CPG1 receives permission signals EN0 and EN1 instead of the flag signals FALG [0] and FLAG [1] of the first embodiment. The enable signal EN0 changes from the low level to the high level during the program operation of the flash memory. Details of the first clock generation circuit CPG1 will be described with reference to FIG.
[0058]
The second clock generation circuit CPG2 corresponds to the first clock CK1 (CK1 [0], CK1 [1]) based on the second reference clock CK2B supplied from the oscillator (not shown), and the first clock Two second clocks CK2 (CK2 [0], CK2 [1]) having phases opposite to those of CK1 are generated. Details of the second clock generation circuit CPG2 will be described with reference to FIG. The first reference clock CK1B and the second reference clock CK2B have one rising change from the other falling change in order to prevent the valid periods (high level periods) from overlapping each other due to wiring delay or the like. Occurs at predetermined time intervals. For this reason, the first clock CK1 and the second clock CK2 do not overlap each other in the high level period. As a result, malfunction of the charge pump CP2 is prevented.
[0059]
The charge pump CP2 generates the second boosted voltage VO2 at the output node VO2 using the boosting operation by the first clock CK1 and the second clock CK2. Details of the charge pump CP2 will be described with reference to FIG.
The first voltage dividing circuit DV3 includes capacitive elements CD30 and CD31 connected in series via the node VD3 between the output node VO2 and the ground line VSS. The first voltage dividing circuit DV3 divides the second boosted voltage VO2 by the capacitance ratio of the capacitive elements CD30 and CD31, and generates the first divided voltage VD3 at the node VD3.
[0060]
The drain and source of the nMOS transistor NT0 are connected to the output node VO2 and the ground line VSS, respectively. The comparison result signal RES1 output from the voltage comparison circuit CMP1 is applied to the gate of the nMOS transistor NT0. When the comparison result signal RES1 is at a high level (when the first divided voltage VD3 is higher than the reference voltage VREF), the nMOS transistor NT0 is turned on, so that a current flows from the output node VO2 to the ground line VSS. This prevents the second boosted voltage VO2 from rising more than necessary.
[0061]
The source and drain of the pMOS transistor PT0 are connected to the power supply line VCC and the drain of the nMOS transistor NT1, respectively. The gate of the pMOS transistor PT0 receives the enable signal EN0. The source and drain of the nMOS transistor NT1 are connected to the drain of the nMOS transistor NT2 and the drain of the pMOS transistor PT0, respectively. The gate of the nMOS transistor NT1 receives the comparison result signal RES1. The source and drain of the nMOS transistor NT2 are connected to the ground line VSS and the source of the nMOS transistor NT1, respectively. The gate of the nMOS transistor NT2 receives the enable signal EN0. The latch circuit LC includes inverters INVL0 and INVL1 connected in a ring shape. The input of the inverter INVL0 and the output of the inverter INVL1 are connected to the drain of the pMOS transistor PT0 and the drain of the nMOS transistor NT1. For this reason, even when both the pMOS transistor PT0 and the nMOS transistor NT1 are turned off, the latch output signal LO output from the latch circuit LC is fixed to the power supply voltage VCC or the ground voltage VSS.
[0062]
The inverter INV0 outputs the inverted logic of the latch output signal LO to the NAND circuit NA. The NAND circuit NA is activated when the enable signal EN0 is at a high level (during the program operation of the flash memory), and outputs the same logic as the latch output signal LO. The inverter INV1 inverts the output logic of the NAND circuit NA and outputs it as the enable signal EN1 to the first clock generation circuit CPG1 and the second clock generation circuit CPG2.
[0063]
When the enable signal EN0 is at a low level, the pMOS transistor PT0 is turned on and the nMOS transistor NT2 is turned off. When the enable signal EN0 is at a low level, the boosting capability of the charge pump CP2 decreases, and the first divided voltage VD3 becomes lower than the reference voltage VREF. For this reason, the comparison result signal RES1 is fixed to the ground voltage VSS. As a result, the nMOS transistor NT1 is turned off. Therefore, when the enable signal EN0 is at a low level, the input of the latch circuit LC is fixed at a high level.
[0064]
When a program command is supplied to the flash memory and the enable signal EN0 changes from low level to high level, the pMOS transistor PT0 is turned off. The latch output signal LO remains fixed at a low level by the latch circuit LC. For this reason, the enable signal EN1 changes from the low level to the high level in synchronization with the enable signal EN0. That is, the charge pump CP2 starts a boost operation.
[0065]
When the voltage of the second boosted voltage VO2 rises by the boosting operation of the charge pump CP2 and the first divided voltage VD3 becomes higher than the reference voltage VREF, the comparison result signal RES1 is fixed to the power supply voltage VCC. Therefore, the nMOS transistor NT1 is turned on. Accordingly, the latch output signal LO changes from a low level to a high level. As a result, the enable signal EN1 changes from the high level to the low level.
[0066]
FIG. 5 shows details of the first clock generation circuit CPG1 in the second embodiment.
The first clock generation circuit CPG1 includes first clock output circuits CO10 and CO11.
The first clock output circuit CO10 outputs the first weak clock CK1W as the first clock CK1 [0] when the enable signal EN0 is at a low level, and the first weak clock CK1W when the enable signal EN0 is at a high level. A clock obtained by synthesizing the first strong clock CK1S is output as the first clock CK1 [0]. The first clock output circuit CO10 changes the driving capability by constantly operating the first weak output circuit W1 and operating or stopping the first strong output circuit S1 according to the operating state of the flash memory.
[0067]
The first clock output circuit CO11 operates in the same manner as the first clock output circuit CO10, receives the first reference clock CK1B and the enable signal EN1, and outputs the first clock CK1 [1]. The first clock output circuit CO11 changes the driving capability by always operating the first weak output circuit W1 and operating or stopping the first strong output circuit S1 according to the operating state of the flash memory and the second boosted voltage VO2. To do.
[0068]
FIG. 6 shows details of the second clock generation circuit CPG2 in the second embodiment.
The second clock generation circuit CPG2 has the same circuit configuration as the first clock generation circuit CPG1 shown in FIG. That is, the second clock generation circuit CPG2 includes second clock output circuits CO20 and CO21 corresponding to the second clocks CK2 [0] and CK2 [1], respectively.
[0069]
The second clock output circuits CO20 and CO21 have a second weak output circuit W2, a second strong output circuit S2, and a second synthesis node ND2.
The second synthesis node ND2 is connected to the output of the second weak output circuit W2 and the output of the second strong output circuit S2, and synthesizes the second weak clock CK2W and the second strong clock CK2S as the second clock CK2.
[0070]
Since the operation of the second clock generation circuit CPG2 with respect to the second clock CK2 is the same as the operation of the first clock generation circuit CPG1 with respect to the first clock CK1, detailed description thereof is omitted.
FIG. 7 shows details of the charge pump CP2 in the second embodiment.
The charge pump CP2 includes first capacitive elements C10 and C11, second capacitive elements C20 and C21, capacitive elements C14, C24, C30 and C31, nMOS transistors N10 to N12, N20 to 22, N30 to N32 and N40. Yes. For example, the nMOS transistors N10 to N12, N20 to 22, N30 to N32, and N40 have a threshold voltage lower than that of the nMOS transistors constituting the logic circuit.
[0071]
The first capacitive elements C10 and C11 receive the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] at one end, respectively, and the other end is connected to the first node P1. The capacitances of the first capacitive elements C10 and C11 are sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the first node P1.
The capacitive element C14 receives the clock CK2A at one end and is connected to the node G1 at the other end. The capacitance of the capacitive element C14 is sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the node G1. The clock CK2A changes from a low level to a high level in synchronization with the rising edge of the second clock CK2, and changes from a high level to a low level at a predetermined time interval from the falling edge of the second clock CK2. The clock CK2A is supplied from the oscillator in the same manner as the second reference clock CK2B.
[0072]
The gate, drain, and source of the nMOS transistor N10 are connected to the first node P1, the power supply line VCC, and the node G1, respectively. The gate, drain and source of the nMOS transistor N11 are connected to the node G1, the power supply line VCC, and the first node P1, respectively. The gate, drain, and source of the nMOS transistor N12 are connected to the power supply line VCC, the power supply line VCC, and the first node P1, respectively. As a result, the first node P1 does not become lower than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the nMOS transistor N12 from the power supply voltage VCC.
[0073]
The second capacitive elements C20 and C21 receive the second clocks CK2 [0] and CK2 [1] at one end, respectively, and the other end is connected to the second node P2. The capacitances of the second capacitive elements C20 and C21 are sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the second node P2.
The capacitive element C24 receives the clock CK1A at one end and is connected to the node G2 at the other end. The capacitance of the capacitive element C24 is sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the node G2. The clock CK1A changes from a low level to a high level in synchronization with the rising edge of the first clock CK1, and changes from a high level to a low level at a predetermined time interval from the falling edge of the first clock CK1. The clock CK1A is supplied from an oscillator in the same manner as the first reference clock CK1B.
[0074]
The gate, drain, and source of the nMOS transistor N20 are connected to the second node P2, the first node P1, and the node G2, respectively. The gate, drain and source of the nMOS transistor N21 (boost switch) are connected to the node G2, the first node P1 and the second node P2, respectively. The gate, drain, and source of the nMOS transistor N22 are connected to the power supply line VCC, the power supply line VCC, and the second node P2, respectively. Thereby, the second node P2 does not become lower than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the nMOS transistor N22 from the power supply voltage VCC.
[0075]
The capacitive element C30 receives the first clock CK1 [0], and the other end is connected to the node P3. The capacitance of the capacitive element C30 is sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the node P3.
The capacitive element C34 receives the clock CK2A at one end and is connected to the node G3 at the other end. The capacitance of the capacitive element C34 is sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the node G3.
[0076]
The gate, drain, and source of the nMOS transistor N30 are connected to the node P3, the second node P2, and the node G3, respectively. The gate, drain, and source of the nMOS transistor N31 are connected to the node G3, the second node P2, and the node P3, respectively. The gate, drain, and source of the nMOS transistor N32 are connected to the power supply line VCC, the power supply line VCC, and the node P3, respectively. Thereby, the node P3 does not become lower than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the nMOS transistor N32 from the power supply voltage VCC.
[0077]
The gate, drain, and source of the nMOS transistor N40 are connected to the node G3, the second node P2, and the output node VO2, respectively.
FIG. 8 shows the operation of the charge pump CP2 in the second embodiment.
First, when the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] change from a high level to a low level, the first node P1 is stepped down by the capacitive coupling of the first capacitive elements C10 and C11 (FIG. 8A). )). For this reason, the nMOS transistor N10 is turned off. Similarly, the node P3 is stepped down by the capacitive coupling of the capacitive element C30 (FIG. 8 (b)). For this reason, the nMOS transistor N30 is turned off. Thereafter, when the clock CK1A changes from the high level to the low level, the node G2 is stepped down by the capacitive coupling of the capacitive element C24 (FIG. 8 (c)). For this reason, the nMOS transistor N21 is turned off.
[0078]
Next, when the second clocks CK2 [0] and CK2 [1] change from the low level to the high level, the second node P2 is boosted by the capacitive coupling of the second capacitive elements C20 and C21 (FIG. 8 ( d)). For this reason, the nMOS transistor N20 is turned on, and a current is replenished from the first node P1 to the node G2. When the clock CK2A changes from a low level to a high level in synchronization with the rising edges of the second clocks CK2 [0] and CK2 [1], the node G1 is boosted by capacitive coupling of the capacitive element C14 (FIG. 8 (e)). For this reason, the nMOS transistor N11 is turned on, and a current is replenished from the power supply line VCC to the first node P1. Similarly, the node G3 is boosted by the capacitive coupling of the capacitive element C34 due to the rising change of the clock CK2A (FIG. 8 (f)). For this reason, the nMOS transistor N31 is turned on, and a current is replenished from the second node P2 to the node P3. The nMOS transistor N40 is also turned on by boosting the node G3, and a current is replenished from the second node P2 to the output node VO2. That is, the second boosted voltage VO2 is generated at the output node VO2 (FIG. 8 (g)).
[0079]
Next, when the second clocks CK2 [0] and CK2 [1] change from the high level to the low level, the second node P2 is stepped down by the capacitive coupling of the second capacitive elements C20 and C21 (FIG. 8 ( h)). For this reason, the nMOS transistor N20 is turned off. Thereafter, when the clock CK2A changes from the high level to the low level, the node G1 is stepped down by the capacitive coupling of the capacitive element C14 (FIG. 8 (i)). For this reason, the nMOS transistor N11 is turned off. Similarly, the node G3 is stepped down by the capacitive coupling of the capacitive element C34 due to the falling change of the clock CK2A (FIG. 8 (j)). For this reason, the nMOS transistor N31 is turned off. The second boosted voltage VO2 does not drop because the nMOS transistor N40 is also turned off by stepping down the node G3, and the voltage generated in FIG. 8 (g) is held.
[0080]
Next, when the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] change from low level to high level, the first node P1 is boosted by capacitive coupling of the first capacitive elements C10 and C11 (FIG. 8 ( k)). Therefore, the nMOS transistor N10 is turned on, and a current is replenished from the power supply voltage VCC to the node G1. Similarly, the node P3 is boosted by capacitive coupling of the capacitive element C30 (FIG. 8 (l)). For this reason, the nMOS transistor N30 is turned on, and a current is replenished from the second node P2 to the node G3.
[0081]
When the clock CK1A changes from the low level to the high level in synchronization with the rising edge of the first clock CK1, the node G2 is boosted by the capacitive coupling of the capacitive element C24 (FIG. 8 (m)). For this reason, the nMOS transistor N21 is turned on, and a current is replenished from the first node P1 to the second node P2.
When the operation as described above is repeated, the first node P1 is stepped down at every falling edge of the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] (FIG. 8 (n)). As the nMOS transistor N11 is turned on by boosting the node G1, a current is replenished from the power supply line VCC to the first node P1. For this reason, the voltage of the first node P1 becomes higher than that before one cycle. At this time, the nMOS transistor N20 is also turned on, so that a current is replenished from the first node P1 to the node G2. For this reason, the voltage of the node G2 is also higher than before one cycle.
[0082]
The node P3 is stepped down at each falling edge of the first clocks CK1 [0] and CK1 [1] (FIG. 8 (o)). When the nMOS transistor N31 is turned on by boosting the node G3, a current is replenished from the second node P2 to the node P3. For this reason, the voltage of the node P3 becomes higher than that before one cycle.
The second node P2 is stepped down at each falling edge of the second clocks CK2 [0] and CK2 [1] (FIG. 8 (p)). When the nMOS transistor N21 is turned on by boosting the node G2, a current is replenished from the first node P1 to the second node P2. For this reason, the voltage of the second node P2 becomes higher than that before one cycle. At this time, the nMOS transistor N30 is also turned on, so that a current is replenished from the second node P2 to the node G3. For this reason, the voltage of the node G3 is also higher than before one cycle.
[0083]
Therefore, by repeating the operations shown in FIGS. 8A to 8M, the second boosted voltage VO2 gradually rises at every rising edge of the second clock CK2 and the second clock CK2A.
As described above, also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the second boosted voltage VO2 is generated using the first boosted voltage (the voltage at the first node P1) and the charge / discharge of the second capacitive elements C20 and C21, a high boosted voltage can be generated. By generating the second boosted voltage VO2 by a two-stage boosting operation, a predetermined boosted voltage can be generated with high accuracy.
[0084]
Since the first clock CK1 and the second clock CK2 do not overlap each other in the high level period, malfunction of the charge pump CP2 can be prevented.
FIG. 9 shows a third embodiment of the charge pump circuit of the present invention. This embodiment corresponds to claims 6 to 10. This charge pump circuit is formed in the flash memory, for example, as in the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated in 1st and 2nd embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0085]
The charge pump circuit 10 includes a first clock generation circuit CPG1a, a second clock generation circuit CPG2a, a charge pump CP2a, a first voltage dividing circuit DV4, a voltage comparison circuit CMP1, a flag circuit FC1a, a voltage comparison circuit CMP2 (switch control circuit), The switch SW and the second voltage dividing circuit DV5 are provided.
The first voltage dividing circuit DV4 includes capacitive elements CD40 and CD41 connected in series via the node VD4 between the output node VO2a and the ground line VSS. The first voltage dividing circuit DV4 divides the second boosted voltage VO2a (voltage of the output node VO2a) by the capacitance ratio of the capacitive elements CD40 and CD41, and generates the first divided voltage VD4 at the node VD4.
[0086]
The flag circuit FC1a is configured by adding flags F2 and F3 to the flag circuit FC1 of the first embodiment. Other configurations are the same as those of the flag circuit FC1 of the first embodiment. The flags F0 to F3 of the flag circuit FC1a are the first strong output circuit S1 of the first clock output circuits CO10 to CO13 described in FIG. 10 and the second strong output circuit of the second clock output circuits CO20 to CO23 described in FIG. Corresponds to each pair of S2. The flag circuit FC1a outputs the logical values of the flags F0 to F3 as the 4-bit flag signal FLAG to the first clock generation circuit CPG1a and the second clock generation circuit CPG2a, respectively.
[0087]
The flag circuit FC1a sequentially resets the flags F0 to F3 at a predetermined cycle Tcyc when the comparison result signal RES1 output from the voltage comparison circuit CMP1 is at a low level. That is, when the comparison result signal RES1 changes from the high level to the low level, the flag signal FLAG sequentially changes from the flag signal FLAG [3] from the high level to the low level at a predetermined time interval Tcyc.
[0088]
The flag circuit FC1a sequentially sets the flags F0 to F3 at a predetermined cycle Tcyc when the comparison result signal RES1 is at a high level. That is, when the comparison result signal RES1 changes from the low level to the high level, the flag signal FLAG sequentially changes from the low level to the high level at a predetermined time interval Tcyc from the flag signal FLAG [0].
The second voltage dividing circuit DV5 includes capacitive elements CD50 and CD51 connected in series via the node VD5 between the voltage supply line VPRG of the memory core CORE and the ground line VSS. The second voltage dividing circuit DV5 divides the voltage of the voltage supply line VPRG by the capacitance ratio of the capacitive elements CD50 and CD51, and generates a second divided voltage VD5 at the node VD5.
[0089]
FIG. 10 shows details of the first clock generation circuit CPG1a in the third embodiment.
The first clock generation circuit CPG1a is configured by adding first clock output circuits CO12 and CO13 to the first clock generation circuit CPG1 of the first embodiment. The first clock output circuits CO10 to CO13 receive the first reference clock CK1B and the flag signals FLAG [0] to FLAG [3], respectively, and output the first clocks CK1 [0] to CK1 [3], respectively. Since the configuration and operation of the first clock output circuits CO12 and CO13 are the same as the configuration and operation of the first clock output circuit CO10, detailed description thereof is omitted.
[0090]
FIG. 11 shows details of the second clock generation circuit CPG2a in the third embodiment.
The second clock generation circuit CPG2a is configured by adding second clock output circuits CO22 and CO23 to the second clock generation circuit CPG2 of the second embodiment. The second clock output circuits CO20 to CO23 receive the second reference clock CK2B and the flag signals FLAG [0] to FLAG [3], respectively, and output the second clocks CK2 [0] to CK2 [3], respectively. Since the configuration and operation of the second clock output circuits CO22 and CO23 are the same as the configuration and operation of the second clock output circuit CO20, detailed description thereof is omitted.
[0091]
FIG. 12 shows details of the charge pump CP2a in the third embodiment. The charge pump CP2a is configured by adding first capacitance elements C12 and C13 and second capacitance elements C22 and C23 to the charge pump CP2 of the second embodiment. Other configurations are the same as those of the charge pump CP2 of the second embodiment.
[0092]
The first capacitive elements C12 and C13 have one end receiving the first clocks CK1 [2] and CK1 [3] and the other end connected to the first node P1. That is, the first capacitive elements C10 to C13 are connected in parallel to the first node P1. The capacitances of the first capacitive elements C12 and C13 are sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the first node P1. The first capacitive elements C12 and C13 operate in the same manner as the first capacitive elements C10 and C11.
[0093]
One end of each of the second capacitive elements C22 and C23 receives the second clocks CK2 [2] and CK2 [3], and the other end is connected to the second node P2. That is, the second capacitive elements C20 to C23 are connected in parallel to the second node P2. The capacitances of the second capacitive elements C22 and C23 are sufficiently larger than the capacitance (parasitic capacitance) of the capacitive element connected to the second node P2. The second capacitive elements C22 and C23 operate in the same manner as the second capacitive elements C20 and C21.
[0094]
Since the operation of the charge pump CP2a is the same as the operation of the charge pump CP2 of the second embodiment, detailed description thereof is omitted. However, since the number of the first capacitive elements connected to the first node P1 and the number of the second capacitive elements connected to the second node P2 are increased, the second boosted voltage VO2a is the same as that of the second embodiment. Compared to the charge pump CP2, it rises to the target voltage in a short time.
[0095]
As described above, also in the third embodiment, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.
Note that. In the first to third embodiments described above, examples in which the present invention is applied to a flash memory have been described. The present invention is not limited to such an embodiment. For example, the present invention may be applied to other semiconductor devices that use a boosted voltage.
[0096]
In the first to third embodiments described above, the example in which the first or second divided voltage is generated using the capacitive element has been described. The present invention is not limited to such an embodiment. For example, the first or second divided voltage may be generated using a resistance element.
The invention described in the above embodiments is organized and disclosed as an appendix.
(Supplementary Note 1) A first clock generation circuit that generates a plurality of first clocks having the same phase, and
Each of the first capacitors receives a first clock at one end, and has a plurality of first capacitors connected to the first node at the other end. A first boosted voltage is applied to an output node by using charge / discharge of the first capacitor. A charge pump for generating,
The first clock generation circuit outputs the first clocks with a first driving capability when the first boosted voltage is lower than a target voltage, and the first clock generation circuit outputs the first clock when the first boosted voltage is higher than the target voltage. A charge pump circuit comprising a plurality of first clock output circuits for outputting each of the first clocks with a second driving capability that is weaker than the driving capability, corresponding to each of the first clocks.
[0097]
(Appendix 2) In the charge pump circuit described in Appendix 1,
Each of the first clock output circuits includes:
A first weak output circuit that constantly outputs a first weak clock with the second driving capability;
A first strong output circuit that outputs a first strong clock when the first boost voltage is lower than the target voltage with the first driving capability;
A first combining node connected to the output of the first weak output circuit and the output of the first strong output circuit and configured to combine the first weak clock and the first strong clock as the first clocks; A charge pump circuit.
[0098]
(Appendix 3) In the charge pump circuit described in Appendix 2,
A flag corresponding to each of the first strong output circuits; the flag is sequentially set when the first boosted voltage is lower than the target voltage; and the flag is set when the first boosted voltage is higher than the target voltage. Equipped with a flag circuit that sequentially resets
Each of the first strong output circuits operates when a corresponding flag is set, and stops when the corresponding flag is reset.
[0099]
(Appendix 4) In the charge pump circuit described in Appendix 2,
Each of the first weak output circuits includes an output buffer having a first transistor size for outputting the first weak clock,
Each of the first strong output circuits includes an output buffer having a second transistor size larger than the first transistor size for outputting the first strong clock.
[0100]
(Appendix 5) In the charge pump circuit described in Appendix 4,
The output buffer of each of the first strong output circuits includes a pMOS transistor and an nMOS transistor each having a drain connected to the first synthesis node,
Each of the first weak output circuits is set to a driving capability in which the pn junction of the output buffer of the corresponding first strong output circuit is not turned on due to the voltage change of the first composite node while the corresponding first strong output circuit is stopped. A charge pump circuit.
[0101]
(Appendix 6) In the charge pump circuit described in Appendix 1,
A first voltage dividing circuit for dividing the first boosted voltage and generating a first divided voltage;
A voltage comparison circuit for comparing the first divided voltage with a first reference voltage;
The first clock output circuit outputs the first clocks with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, The charge pump circuit according to claim 1, wherein when the first divided voltage is determined to be higher than the first reference voltage, the first clock is output with the second driving capability.
[0102]
(Appendix 7) In the charge pump circuit described in Appendix 1,
A switch connected between the output node and a voltage supply line of an internal circuit formed in the semiconductor integrated circuit together with the charge pump circuit;
A second voltage dividing circuit for dividing the voltage of the voltage supply line to generate a second divided voltage;
And a switch control circuit for turning on the switch when the second divided voltage is lower than a second reference voltage.
[0103]
(Supplementary Note 8) A first clock generation circuit that generates a plurality of first clocks having the same phase, and
A second clock generation circuit for generating a plurality of second clocks respectively corresponding to the first clocks and having phases opposite to the first clocks;
A plurality of first capacitance elements each receiving the first clock at one end and the other end connected to the first node, and a plurality of first capacitors receiving the second clock at one end and the other end connected to the second node A second capacitive element; and a booster switch connected between the first and second nodes and turned on during an effective period of the first clock; and utilizing the charge / discharge of the first capacitive element A charge pump that generates a first boosted voltage at a first node and generates a second boosted voltage higher than the first boosted voltage at an output node by using charge and discharge of the first boosted voltage and the second capacitor element; With
The first clock generation circuit outputs the first clocks with a first driving capability when the second boosted voltage is lower than a target voltage, and the first clock generation circuit outputs the first clock when the second boosted voltage is higher than the target voltage. A plurality of first clock output circuits for outputting each of the first clocks with a second driving capability that is weaker than the driving capability, corresponding to each of the first clocks;
The second clock generation circuit outputs each of the second clocks with the first driving capability when the second boosted voltage is lower than the target voltage, and when the second boosted voltage is higher than the target voltage, A charge pump circuit comprising a plurality of second clock output circuits for outputting each of the second clocks with a second driving capability corresponding to each of the second clocks.
[0104]
(Supplementary note 9) In the charge pump circuit according to supplementary note 8,
Each of the first clock output circuits includes:
A first weak output circuit that constantly outputs a first weak clock with the second driving capability;
A first strong output circuit that outputs a first strong clock when the second boosted voltage is lower than the target voltage with the first driving capability;
A first combining node connected to the output of the first weak output circuit and the output of the first strong output circuit and configured to combine the first weak clock and the first strong clock as the first clocks; ,
Each second clock output circuit includes:
A second weak output circuit that constantly outputs a second weak clock with the second driving capability;
A second strong output circuit that outputs a second strong clock when the second boosted voltage is lower than the target voltage with the first driving capability;
A second combining node connected to the output of the second weak output circuit and the output of the second strong output circuit and configured to combine the second weak clock and the second strong clock as the second clocks; A charge pump circuit.
[0105]
(Supplementary note 10) In the charge pump circuit according to supplementary note 9,
Each of the pair of first and second strong output circuits has a flag corresponding thereto, and when the second boosted voltage is lower than the target voltage, the flag is sequentially set, and the second boosted voltage is set higher than the target voltage. A flag circuit for sequentially resetting the flag when it is high,
Each of the first and second strong output circuits operates when a corresponding flag is set, and stops when the corresponding flag is reset.
[0106]
(Supplementary note 11) In the charge pump circuit according to supplementary note 9,
Each of the first weak output circuits includes an output buffer having a first transistor size for outputting the first weak clock,
Each of the first strong output circuits includes an output buffer having a second transistor size larger than the first transistor size for outputting the first strong clock,
Each of the second weak output circuits includes an output buffer of the first transistor size that outputs the second weak clock,
Each of the second strong output circuits includes an output buffer of the second transistor size for outputting the second strong clock.
[0107]
(Supplementary note 12) In the charge pump circuit according to supplementary note 11,
The output buffer of each of the first strong output circuits includes a pMOS transistor and an nMOS transistor each having a drain connected to the first synthesis node,
The output buffer of each of the second strong output circuits includes a pMOS transistor and an nMOS transistor each having a drain connected to the second synthesis node,
Each of the first weak output circuits is set to a driving capability in which the pn junction of the output buffer of the corresponding first strong output circuit is not turned on due to the voltage change of the first composite node while the corresponding first strong output circuit is stopped. And
Each of the second weak output circuits is set to a driving capability in which the pn junction of the output buffer of the corresponding second strong output circuit is not turned on due to the voltage change of the second combined node while the corresponding second strong output circuit is stopped. A charge pump circuit.
[0108]
(Supplementary note 13) In the charge pump circuit according to supplementary note 8,
A first voltage dividing circuit for dividing the second boosted voltage and generating a first divided voltage;
A voltage comparison circuit for comparing the first divided voltage with a first reference voltage;
The first clock output circuit outputs the first clocks with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, Outputting each of the first clocks with the second driving capability when it is determined that a first divided voltage is higher than the first reference voltage;
The second clock output circuit outputs the second clocks with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, The charge pump circuit, wherein the second clock is output with the second driving capability when it is determined that a first divided voltage is higher than the first reference voltage.
[0109]
(Supplementary Note 14) In the charge pump circuit according to Supplementary Note 8,
A switch connected between the output node and a voltage supply line of an internal circuit formed in the semiconductor integrated circuit together with the charge pump circuit;
A second voltage dividing circuit for dividing the voltage of the voltage supply line to generate a second divided voltage;
And a switch control circuit for turning on the switch when the second divided voltage is lower than a second reference voltage.
[0110]
(Supplementary note 15) In the charge pump circuit according to supplementary note 8,
The charge pump circuit according to claim 1, wherein the valid periods of the first and second clocks do not overlap each other.
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, above-mentioned embodiment and its modification are only examples of this invention, and this invention is not limited to this. Obviously, modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0111]
【The invention's effect】
In the charge pump circuit according to the first aspect, most of the charge charged / discharged in the first capacitor element can contribute to the generation of the first boosted voltage. Since the generation efficiency of the first boosted voltage is improved, for example, the capacity of the first capacitor element can be reduced. As a result, the power consumption of the charge pump circuit can be reduced. In addition, a circuit that changes the frequency of the clock for charging and discharging the first capacitive element is not necessary.
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the first clock output circuit can easily change its driving capability while always outputting each first clock.
[0112]
In the charge pump circuit according to the third aspect, the number of the first strong output circuits to be operated can be controlled with a simple circuit by providing the flag circuit.
In the charge pump circuit according to the fourth aspect, the first reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the first reference voltage can be generated accurately and stably.
In the charge pump circuit according to the fifth aspect, the voltage of the voltage supply line can be stabilized at a constant voltage as compared with the case where the first boosted voltage is directly supplied to the internal circuit. Further, the second reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the second reference voltage can be generated accurately and stably.
[0113]
In the charge pump circuit according to the sixth aspect, most of the charges charged / discharged in the first and second capacitive elements can contribute to the generation of the second boosted voltage. Since the generation efficiency of the second boosted voltage is improved, for example, the capacitances of the first and second capacitive elements can be reduced. As a result, the power consumption of the charge pump circuit can be reduced. Further, a circuit for changing the frequency of the clock for charging and discharging the first and second capacitive elements is not necessary. Furthermore, since the second boosted voltage is generated using the first boosted voltage and the charge / discharge of the second capacitor, a high boosted voltage can be generated. By generating the second boosted voltage by a two-step boosting operation, the predetermined boosted voltage can be generated with high accuracy.
[0114]
According to another aspect of the charge pump circuit of the present invention, the first clock output circuit can easily change its driving capability while always outputting each first clock. Similarly, the second clock output circuit can easily change its driving capability while always outputting each second clock.
In the charge pump circuit according to the eighth aspect, by providing the flag circuit, the number of the first and second strong output circuits to be operated can be controlled with a simple circuit.
[0115]
In the charge pump circuit according to the ninth aspect, the first reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the first reference voltage can be generated accurately and stably.
In the charge pump circuit according to the tenth aspect, the voltage of the voltage supply line can be stabilized at a constant voltage as compared with the case where the second boosted voltage is directly supplied to the internal circuit. Further, the second reference voltage can be generated with a simple circuit. Therefore, the second reference voltage can be generated accurately and stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a charge pump circuit of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing details of a first clock generation circuit in the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of operation of the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the charge pump circuit of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing details of a first clock generation circuit in the second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing details of a second clock generation circuit in the second embodiment.
FIG. 7 is a circuit diagram showing details of a charge pump in a second embodiment.
FIG. 8 is a waveform diagram showing the operation of the charge pump in the second embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a third embodiment of the charge pump circuit of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing details of a first clock generation circuit in a third embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing details of a second clock generation circuit in the third embodiment.
FIG. 12 is a circuit diagram showing details of a charge pump in a third embodiment.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30 Charge pump circuit
CP1, CP2, CP2a Charge pump
CK1, CK1 [0], CK1 [1], CK1 [2], CK1 [3] First clock
CPG1, CPG1a First clock generation circuit
CO10, CO11, CO12, CO13 First clock output circuit
S1 First strong output circuit
CK1S 1st strong clock
W1 First weak output circuit
CK1W 1st weak clock
ND1 first composite node
C00, C01, C10, C11, C12, C13 First capacitor element
VN1, P1 first node
CK2, CK2 [0], CK2 [1], CK2 [2], CK2 [3] Second clock
CPG2, CPG2a Second clock generation circuit
CO20, CO21, CO22, CO23 Second clock output circuit
S2 Second strong output circuit
CK2S Second strong clock
W2 Second weak output circuit
CK2W Second weak clock
ND2 second composite node
C20, C21, C22, C23 Second capacitance element
P2 2nd node
VO1, VO2, VO2a output node
FC1, FC1a flag circuit
F0, F1, F2, F3 flags
DV1, DV3, DV4 First voltage divider
DV2, DV5 Second voltage divider
CMP1, CMP2 voltage comparison circuit
SW switch
VO1 First boost voltage
VO2, VO2a Second boost voltage
VT target voltage
VD1, VD3, VD4 First divided voltage
VD2, VD5 Second divided voltage
VREF reference voltage

Claims (10)

互いに同じ位相を有する複数の第1クロックをそれぞれ生成する第1クロック生成回路と、
一端で前記第1クロックをそれぞれ受け、他端が第1ノードに接続される複数の第1容量素子を有し、前記第1容量素子の充放電を利用して出力ノードに第1昇圧電圧を生成するチャージポンプとを備え、
前記第1クロック生成回路は、前記第1昇圧電圧が目標電圧より低いときに第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記第1駆動能力より弱い第2駆動能力で前記各第1クロックを出力する複数の第1クロック出力回路を前記第1クロックにそれぞれ対応して備え、
前記各第1クロック出力回路は、
第1弱クロックを前記第2駆動能力で常時出力する第1弱出力回路と、
第1強クロックを前記第1駆動能力で前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに出力する第1強出力回路と、
前記第1弱出力回路の出力と前記第1強出力回路の出力とに接続され、前記第1弱クロックと前記第1強クロックとを前記各第1クロックとして合成する第1合成ノードとを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
A first clock generation circuit that respectively generates a plurality of first clocks having the same phase;
Each of the first capacitors receives a first clock at one end, and has a plurality of first capacitors connected to the first node at the other end. A first boosted voltage is applied to an output node by using charge / discharge of the first capacitor. A charge pump for generating,
The first clock generation circuit outputs the first clocks with a first driving capability when the first boosted voltage is lower than a target voltage, and the first clock generation circuit outputs the first clock when the first boosted voltage is higher than the target voltage. e Bei a plurality of first clock output circuit for outputting the respective first clock weaker than the driving capability second drive capability corresponding to said first clock,
Each of the first clock output circuits includes:
A first weak output circuit that constantly outputs a first weak clock with the second driving capability;
A first strong output circuit that outputs a first strong clock when the first boost voltage is lower than the target voltage with the first driving capability;
A first combining node connected to the output of the first weak output circuit and the output of the first strong output circuit and configured to combine the first weak clock and the first strong clock as the first clocks; a charge pump circuit, characterized in that is.
各第1クロック生成回路は、第1昇圧電圧が目標電圧より低いとき第1弱クロックと第1強クロックとを合成し第1クロックを出力し、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より高いとき前記第1弱クロックを前記第1クロックとして出力する複数の第1クロック生成回路と、
前記複数の第1クロック生成回路が生成したそれぞれの前記第1クロックが入力する複数の第1容量素子を有し、前記複数の第1容量素子の充放電を利用して前記第1昇圧電圧を生成するチャージポンプと、を具備することを特徴とするチャージポンプ回路。
Each first clock generation circuit synthesizes the first weak clock and the first strong clock when the first boosted voltage is lower than the target voltage and outputs the first clock, and when the first boosted voltage is higher than the target voltage A plurality of first clock generation circuits for outputting the first weak clock as the first clock;
A plurality of first capacitive elements to which the respective first clocks generated by the plurality of first clock generation circuits are input, and the first boosted voltage is obtained by using charge / discharge of the plurality of first capacitive elements. a charge pump circuit, characterized by comprising generating a charge pump, a.
請求項記載のチャージポンプ回路において、
前記第1強出力回路にそれぞれ対応するフラグを有し、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに前記フラグを順次セットし、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記フラグを順次リセットするフラグ回路を備え、
前記各第1強出力回路は、対応するフラグがセットされているときに動作し、対応するフラグがリセットされているときに停止することを特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 1 , wherein
A flag corresponding to each of the first strong output circuits; the flag is sequentially set when the first boosted voltage is lower than the target voltage; and the flag is set when the first boosted voltage is higher than the target voltage. Equipped with a flag circuit that sequentially resets
Each of the first strong output circuits operates when a corresponding flag is set, and stops when the corresponding flag is reset.
請求項1記載のチャージポンプ回路において、
前記第1昇圧電圧を分圧し、第1分圧電圧を生成する第1分圧回路と
前記第1分圧電圧を第1基準電圧と比較する電圧比較回路とを備え、
前記第1クロック出力回路は、前記電圧比較回路により、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より低いと判定されたときに前記第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より高いと判定されたときに前記第2駆動能力で前記各第1クロックを出力することを特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 1, wherein
A first voltage dividing circuit for dividing the first boosted voltage and generating a first divided voltage; and a voltage comparing circuit for comparing the first divided voltage with a first reference voltage;
The first clock output circuit outputs the first clocks with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, The charge pump circuit according to claim 1, wherein when the first divided voltage is determined to be higher than the first reference voltage, the first clock is output with the second driving capability.
請求項1記載のチャージポンプ回路において、
前記出力ノードと、チャージポンプ回路と共に半導体集積回路に形成される内部回路の電圧供給線との間に接続されるスイッチと、
前記電圧供給線の電圧を分圧し、第2分圧電圧を生成する第2分圧回路と、
前記第2分圧電圧が第2基準電圧より低いときに前記スイッチをオンさせるスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 1, wherein
A switch connected between the output node and a voltage supply line of an internal circuit formed in the semiconductor integrated circuit together with the charge pump circuit;
A second voltage dividing circuit for dividing the voltage of the voltage supply line to generate a second divided voltage;
And a switch control circuit for turning on the switch when the second divided voltage is lower than a second reference voltage.
互いに同じ位相を有する複数の第1クロックをそれぞれ生成する第1クロック生成回路と、
前記第1クロックにそれぞれ対応し、前記第1クロックとは逆の位相を有する複数の第2クロックをそれぞれ生成する第2クロック生成回路と、
一端で前記第1クロックをそれぞれ受け、他端が第1ノードに接続される複数の第1容量素子と、一端で前記第2クロックをそれぞれ受け、他端が第2ノードに接続される複数の第2容量素子と、前記第1および第2ノードの間に接続され、前記第1クロックの有効期間中にオンする昇圧スイッチとを有し、前記第1容量素子の充放電を利用して前記第1ノードに第1昇圧電圧を生成し、前記第1昇圧電圧および前記第2容量素子の充放電を利用して出力ノードに前記第1昇圧電圧より高い第2昇圧電圧を生成するチャージポンプとを備え、
前記第1クロック生成回路は、前記第2昇圧電圧が目標電圧より低いときに第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記第1駆動能力より弱い第2駆動能力で前記各第1クロックを出力する複数の第1クロック出力回路を前記第1クロックにそれぞれ対応して備え、
前記第2クロック生成回路は、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに前記第1駆動能力で前記各第2クロックを出力し、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記第2駆動能力で前記各第2クロックを出力する複数の第2クロック出力回路を前記第2クロックにそれぞれ対応して備え
前記各第1クロック出力回路は、
第1弱クロックを前記第2駆動能力で常時出力する第1弱出力回路と、
第1強クロックを前記第1駆動能力で前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに出力する第1強出力回路と、
前記第1弱出力回路の出力と前記第1強出力回路の出力とに接続され、前記第1弱クロックと前記第1強クロックとを前記各第1クロックとして合成する第1合成ノードとを備え、
前記各第2クロック出力回路は、
第2弱クロックを前記第2駆動能力で常時出力する第2弱出力回路と、
第2強クロックを前記第1駆動能力で前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに出力する第2強出力回路と、
前記第2弱出力回路の出力と前記第2強出力回路の出力とに接続され、前記第2弱クロックと前記第2強クロックとを前記各第2クロックとして合成する第2合成ノードとを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
A first clock generation circuit that respectively generates a plurality of first clocks having the same phase;
A second clock generation circuit for generating a plurality of second clocks respectively corresponding to the first clocks and having phases opposite to the first clocks;
A plurality of first capacitance elements each receiving the first clock at one end and the other end connected to the first node, and a plurality of first capacitors receiving the second clock at one end and the other end connected to the second node A second capacitive element; and a booster switch connected between the first and second nodes and turned on during an effective period of the first clock; and utilizing the charge / discharge of the first capacitive element A charge pump that generates a first boosted voltage at a first node and generates a second boosted voltage higher than the first boosted voltage at an output node by using charge and discharge of the first boosted voltage and the second capacitor element; With
The first clock generation circuit outputs the first clocks with a first driving capability when the second boosted voltage is lower than a target voltage, and the first clock generation circuit outputs the first clock when the second boosted voltage is higher than the target voltage. A plurality of first clock output circuits for outputting each of the first clocks with a second driving capability that is weaker than the driving capability, corresponding to each of the first clocks;
The second clock generation circuit outputs each of the second clocks with the first driving capability when the second boosted voltage is lower than the target voltage, and when the second boosted voltage is higher than the target voltage, A plurality of second clock output circuits that output the second clocks with a second driving capability are provided corresponding to the second clocks, respectively .
Each of the first clock output circuits includes:
A first weak output circuit that constantly outputs a first weak clock with the second driving capability;
A first strong output circuit that outputs a first strong clock when the second boosted voltage is lower than the target voltage with the first driving capability;
A first combining node connected to the output of the first weak output circuit and the output of the first strong output circuit and configured to combine the first weak clock and the first strong clock as the first clocks; ,
Each second clock output circuit includes:
A second weak output circuit that constantly outputs a second weak clock with the second driving capability;
A second strong output circuit that outputs a second strong clock when the second boosted voltage is lower than the target voltage with the first driving capability;
A second combining node connected to the output of the second weak output circuit and the output of the second strong output circuit and configured to combine the second weak clock and the second strong clock as the second clocks; a charge pump circuit, characterized in that is.
各第1クロック生成回路は、第1昇圧電圧が目標電圧より低いとき第1弱クロックと第1強クロックとを合成し第1クロックとして出力し、前記第1昇圧電圧が前記目標電圧より高いとき前記第1弱クロックを前記第1クロックとして出力する複数の第1クロック生成回路と、Each first clock generation circuit synthesizes the first weak clock and the first strong clock when the first boosted voltage is lower than the target voltage and outputs it as a first clock, and when the first boosted voltage is higher than the target voltage A plurality of first clock generation circuits for outputting the first weak clock as the first clock;
各第2クロック生成回路は、前記第1クロックとは逆相であって、第2昇圧電圧が目標電圧より低いとき第2弱クロックと第2強クロックとを合成し第2クロックとして出力し、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より高いとき前記第2弱クロックを前記第2クロックとして出力する複数の第2クロック生成回路と、  Each of the second clock generation circuits is opposite in phase to the first clock, and when the second boosted voltage is lower than the target voltage, the second weak clock and the second strong clock are combined and output as a second clock, A plurality of second clock generation circuits for outputting the second weak clock as the second clock when the second boosted voltage is higher than the target voltage;
前記複数の第1クロック生成回路が生成したそれぞれの前記第1クロックが入力する複数の第1容量素子と、前記複数の第2クロック生成回路が生成したそれぞれの前記第2クロックが入力する複数の第2容量素子と、前記複数の第1容量素子の出力が共通に接続する第1ノードと前記複数の第2容量素子の出力が共通に接続する第2ノードとの間に接続され前記第1クロックの有効期間中にオンする昇圧スイッチと、を有し、前記複数の第1容量素子の充放電を利用して前記第1ノードに第1昇圧電圧を生成し、前記第1昇圧電圧および前記第2容量素子の充放電を利用して出力ノードに前記第1昇圧電圧より高い第2昇圧電圧を生成するチャージポンプと、を具備することを特徴とするチャージポンプ回路。A plurality of first capacitance elements to which the respective first clocks generated by the plurality of first clock generation circuits are input and a plurality of the second clocks to which the respective second clocks generated by the plurality of second clock generation circuits are input The first capacitor is connected between a first node to which outputs of the plurality of first capacitors are connected in common and a second node to which outputs of the plurality of second capacitors are connected in common. A boost switch that is turned on during a valid period of the clock, and generates a first boosted voltage at the first node using charging / discharging of the plurality of first capacitance elements, and the first boosted voltage and the A charge pump circuit comprising: a charge pump that generates a second boosted voltage higher than the first boosted voltage at an output node by using charge / discharge of a second capacitor element.
請求項記載のチャージポンプ回路において、
一対の前記第1および第2強出力回路にそれぞれ対応するフラグを有し、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より低いときに前記フラグを順次セットし、前記第2昇圧電圧が前記目標電圧より高いときに前記フラグを順次リセットするフラグ回路を備え、
前記各第1および第2強出力回路は、対応するフラグがセットされているときに動作し、対応するフラグがリセットされているときに停止することを特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 6 , wherein
Each of the pair of first and second strong output circuits has a flag corresponding thereto, and when the second boosted voltage is lower than the target voltage, the flag is sequentially set, and the second boosted voltage is set higher than the target voltage. A flag circuit for sequentially resetting the flag when it is high,
Each of the first and second strong output circuits operates when a corresponding flag is set, and stops when the corresponding flag is reset.
請求項6記載のチャージポンプ回路において、
前記第2昇圧電圧を分圧し、第1分圧電圧を生成する第1分圧回路と
前記第1分圧電圧を第1基準電圧と比較する電圧比較回路とを備え、
前記第1クロック出力回路は、前記電圧比較回路により、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より低いと判定されたときに前記第1駆動能力で前記各第1クロックを出力し、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より高いと判定されたときに前記第2駆動能力で前記各第1クロックを出力し、
前記第2クロック出力回路は、前記電圧比較回路により、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より低いと判定されたときに前記第1駆動能力で前記各第2クロックを出力し、前記第1分圧電圧が前記第1基準電圧より高いと判定されたときに前記第2駆動能力で前記各第2クロックを出力することを特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 6, wherein
A first voltage dividing circuit for dividing the second boosted voltage and generating a first divided voltage; and a voltage comparing circuit for comparing the first divided voltage with a first reference voltage;
The first clock output circuit outputs the first clocks with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, Outputting each of the first clocks with the second driving capability when it is determined that a first divided voltage is higher than the first reference voltage;
The second clock output circuit outputs the second clocks with the first driving capability when the voltage comparison circuit determines that the first divided voltage is lower than the first reference voltage, The charge pump circuit, wherein the second clock is output with the second driving capability when it is determined that a first divided voltage is higher than the first reference voltage.
請求項6記載のチャージポンプ回路において、
前記出力ノードと、チャージポンプ回路と共に半導体集積回路に形成される内部回路の電圧供給線との間に接続されるスイッチと、
前記電圧供給線の電圧を分圧し、第2分圧電圧を生成する第2分圧回路と、
前記第2分圧電圧が第2基準電圧より低いときに前記スイッチをオンさせるスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とするチャージポンプ回路。
The charge pump circuit according to claim 6, wherein
A switch connected between the output node and a voltage supply line of an internal circuit formed in the semiconductor integrated circuit together with the charge pump circuit;
A second voltage dividing circuit for dividing the voltage of the voltage supply line to generate a second divided voltage;
And a switch control circuit for turning on the switch when the second divided voltage is lower than a second reference voltage.
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