JP2000268562A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2000268562A
JP2000268562A JP11067931A JP6793199A JP2000268562A JP 2000268562 A JP2000268562 A JP 2000268562A JP 11067931 A JP11067931 A JP 11067931A JP 6793199 A JP6793199 A JP 6793199A JP 2000268562 A JP2000268562 A JP 2000268562A
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level
level voltage
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Eiji Yamazaki
英治 山崎
Tsuyuki Suzuki
津幸 鈴木
Masaya Todokoro
正弥 外所
Yosuke Tanaka
洋介 田中
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Hitachi Solutions Technology Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電圧が低下しても安定してワード線電位
に用いられる昇圧電圧を供給する。 【解決手段】 第2昇圧回路16は、第1昇圧回路15
が生成するワード線電位となる昇圧電源VPPよりも高い
レベルの昇圧電圧VPP+αを生成し、静電容量素子17
に電荷が蓄積される。電源電圧VCCの低下によって昇圧
電圧VPPがしきい値よりも低くとなると、制御信号出力
部18から制御信号Cがスイッチング部19に出力さ
れ、静電容量素子17に蓄積されていた電荷が電源電圧
PPとして補給される。電源電圧VPPがしきい値よりも
高くなると制御信号Cが停止され、スイッチング部19
がOFFとなる。昇圧電圧補償制御部SHCがこれらの
制御を繰り返すことにより、電源電圧VCCが変動しても
昇圧電圧VPPを安定して供給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源供給の安定化
技術に関し、特に、DRAM(DynamicRand
om Access Memory)における昇圧電源
の安定供給に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本発明者が検討したところによれば、D
RAMなどの半導体集積回路装置においては、メモリセ
ルのS/Nを向上させるためにワード線電位を昇圧する
ワード線昇圧方式がある。
【0003】このワード線昇圧方式の半導体集積回路装
置では、動作電圧である電源電圧VCCを、該半導体集積
回路装置内部に設けられた昇圧電源回路によって昇圧
し、ワード線電位VPPとして供給している。
【0004】なお、この種の半導体集積回路装置につい
て詳しく述べてある例としては、1994年11月5
日、株式会社培風館発行、伊藤清男(著)、「アドバン
ストエレクトロニクスI−9 超LSIメモリ」P31
5〜P322があり、この文献には、DRAMに設けら
れた昇圧電源回路方式が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な半導体集積回路装置では、次のような問題点があるこ
とが本発明者により見い出された。
【0006】すなわち、電源電圧VCCが動作保証電圧よ
りも低くなった場合に、ワード線電位VPPを生成する昇
圧電源回路の供給能力が不足することによりワード線電
位VPPレベルが低下してしまい、半導体集積回路装置の
動作不良などを招く恐れがある。
【0007】この電源電圧VCCの低下は、たとえば、実
装されているプリント配線基板の配線抵抗によるもの
や、プリント配線基板に実装されている他の複数の半導
体集積回路装置が動作することによる電圧降下、あるい
は半導体集積回路装置の高速動作化による半導体チップ
内における消費電流の増加などによって発生することに
なる。
【0008】本発明の目的は、電源電圧が低下しても安
定してワード線電位に用いられる昇圧電圧を供給するこ
とができる半導体集積回路装置を提供することにある。
【0009】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0011】すなわち、本発明の半導体集積回路装置
は、ワード線電位として動作電圧である電源電圧よりも
高い第1の高レベル電圧を電源電圧から生成する第1の
昇圧電源部と、第1の高レベル電圧がしきい値よりも低
くなった際に第1の高レベル電圧よりも高い第2の高レ
ベル電圧を出力し、第1の高レベル電圧として供給する
高レベル電圧補償制御手段とよりなる昇圧電源発生回路
を備えたものである。
【0012】また、本発明の半導体集積回路装置は、前
記高レベル電圧補償制御手段が、第2の高レベル電圧を
電源電圧から生成する第2の昇圧電源部と、第1の高レ
ベル電圧の電圧レベルをモニタし、第1の高レベル電圧
がしきい値よりも低下した際に制御信号を出力する制御
信号出力部と、第1の高レベル電圧が出力される該第1
の昇圧電源部の出力部と第2の高レベル電圧が出力され
る第2の昇圧電源部の出力部との間に接続され、該制御
信号出力部の制御信号に基づいて第1の昇圧電源部の出
力部と第2の昇圧電源部の出力部との接続制御を行うス
イッチング部とよりなることを特徴とする半導体集積回
路装置。
【0013】さらに、本発明の半導体集積回路装置は、
前記第2の昇圧電源部に、第2の昇圧電源部の出力部と
基準電位との間に接続され、該第2の昇圧電源部が生成
した第2の高レベル電圧の電荷を蓄積する静電容量素子
を設けたものである。
【0014】以上のことにより、電源電圧が低下した場
合でも、高レベル電圧補償制御手段により供給能力を上
げることができるので、安定してワード線電位になどに
用いられる第1の高レベル電圧を供給することができ、
半導体集積回路装置の信頼性を向上することができる。
【0015】また、高レベル電圧補償制御手段によって
電源電圧を低くしても第1の高レベル電圧を安定して供
給できるので、半導体集積回路装置の保証動作電圧をよ
り低くでき、半導体集積回路装置の性能を向上すること
ができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0017】図1は、本発明の一実施の形態によるメモ
リのブロック図、図2は、本発明の一実施の形態による
メモリに設けられた昇圧電源回路のブロック図、図3
は、本発明の一実施の形態による昇圧電源回路に設けら
れた第1昇圧回路における回路図、図4は、本発明の一
実施の形態による昇圧電源回路に設けられた基準発生電
圧回路の回路図、図5は、本発明の一実施の形態による
昇圧電源回路が生成する昇圧電圧と電源電圧との説明図
である。
【0018】本実施の形態において、DRAMであるメ
モリ(半導体集積回路装置)1には、記憶の最小単位で
あるメモリセルが規則正しくアレイ状に並べられてメモ
リマット2が設けられている。
【0019】このメモリマット2には、ワードドライバ
3およびローデコーダ4が接続されており、ワードドラ
イバ3はローデコーダ4の出力を受けてワード線に選択
パルス電圧を与え、ローデコーダ4はメモリマット2の
内、ロー(行)方向のワード線を選択する。
【0020】また、メモリマット2には、センスアンプ
5が接続されており、このセンスアンプ5は、メモリマ
ット2のセル読み出し信号を増幅する。センスアンプ5
には、カラムドライバ6ならびにカラムデコーダ7が接
続されている。カラムドライバ6は、カラムデコーダ7
の出力を受けてビット線に選択パルス電圧を与え、カラ
ムデコーダ7は、カラム(列)方向のビット線を選択す
る。
【0021】また、ローデコーダ4には、ローアドレス
バッファ8が接続されており、このローアドレスバッフ
ァ8は、ロー方向のアドレス信号が入力され、それぞれ
の内部アドレス信号を発生させてローデコーダ4に出力
する。
【0022】さらに、カラムデコーダ7には、カラムア
ドレスバッファ9が接続されており、該カラムアドレス
バッファ9は、カラム方向のアドレス信号が入力され、
それぞれの内部アドレス信号を発生させてカラムデコー
ダ7に出力する。
【0023】また、センスアンプ5には、制御回路10
が接続されている。この制御回路10は、データ入力バ
ッファ11、データ出力バッファ12とも接続されてい
る。
【0024】制御回路10は、センスアンプ5、データ
入力バッファ11、およびデータ出力バッファ12にお
けるデータのやり取りの制御を行う。データ入力バッフ
ァ11は、入力データを所定のタイミングにより取り込
み、データ出力バッファ12は、出力データを所定のタ
イミングによって出力する。
【0025】さらに、メモリマット2、ロードライバ
3、およびローデコーダ4には、昇圧電源回路(昇圧電
源発生回路)13が接続されており、センスアンプ5に
は、降圧電源回路14が接続されている。
【0026】昇圧電源回路13は、メモリ1の動作電圧
となる、たとえば、1.8V程度の電源電圧VCCを昇圧し
て、たとえば、3.5V程度の昇圧電圧(第1の高レベル
電圧)VPPを生成する。
【0027】この昇圧電圧VPPを前述したメモリマット
2、ロードライバ3、ローデコーダ4に供給され、ワー
ド線電位などに用いられる。また、降圧電源回路14
は、電源電圧VCCを降圧して降圧電圧VDLを生成し、メ
モリマット2に供給している。
【0028】昇圧電源回路13の回路構成について、図
2〜図4を用いて説明する。
【0029】昇圧電源回路13は、図2に示すように、
第1昇圧回路(第1の昇圧電源部)15、第2昇圧回路
(第2の昇圧電源部)16、静電容量素子17、制御信
号出力部18、ならびにスイッチング部19から構成さ
れている。
【0030】第1昇圧回路15は、前述したように3.5
V程度の昇圧電圧VPPレベルの電圧を生成し、第2昇圧
回路16は、昇圧電圧VPPよりも高い、昇圧電圧(第2
の高レベル電圧)VPP+αレベルの電圧を生成する。こ
の昇圧電圧VPP+αは、たとえば、昇圧電圧VPPよりも
10%程度高い電圧レベルである。
【0031】第1昇圧回路15、第2昇圧回路16に
は、電源電圧VCCが供給されており、この電源電圧VCC
を昇圧して昇圧電圧VPP,VPP+αをそれぞれ生成す
る。第1昇圧回路15の出力部には、スイッチング部1
9の一方の接続部、および制御信号出力部18の一方の
入力部が接続されている。
【0032】第2昇圧回路19の出力部には、静電容量
素子17の一方の接続部が接続されており、この静電容
量素子17の他方の接続部には、基準電位VSSが接続さ
れている。
【0033】静電容量素子17は、第2昇圧回路16が
生成した昇圧電圧VPP+αにおける電荷の蓄積を行う。
また、制御信号出力部18の他方の入力部には、基準電
圧(しきい値)VPPdtcが入力されており、この制御
信号出力部の出力部には、スイッチング部19の制御部
が接続されている。
【0034】制御信号出力部18は、第1昇圧回路15
から出力される昇圧電圧VPPと基準電圧VPPdtcとの
比較を行い、基準電圧VPPdtcが高い場合には、制御
信号Cを出力する。スイッチング部19は、制御部に入
力される信号に基づいてON/OFF(導通/非道通)
の制御を行う。
【0035】そして、これら第2昇圧回路16、静電容
量素子17、制御信号出力部18、およびスイッチング
部19によって昇圧電圧補償制御部(高レベル電圧補償
制御手段)SHCが構成されている。
【0036】制御信号出力部18は、コンパレータP、
抵抗R1,R2、ならびに基準電圧発生回路VRから構
成されている。抵抗R1,R2は、昇圧電圧VPPと基準
電位VSSとの間に直列接続されており、これら抵抗R
1,R2によって分圧された電圧がコンパレータPの一
方の入力部に入力されるように接続されている。
【0037】また、コンパレータPの他方の入力部の入
力部には、基準電圧発生回路VRによって生成された基
準電圧VPPdtcが入力されており、コンパレータP
は、抵抗R1,R2によって分圧された昇圧電圧VPP
電圧と基準電圧VPPdtcとの比較を行う。
【0038】この基準電圧発生回路VRは、図3に示す
ように、たとえば、トランジスタTr1〜Tr3、抵抗
RR1〜RR3からなり、温度補償も考慮されたバンド
ギャップ基準電圧形などの一般的な回路から構成されて
いる。
【0039】また、基準電圧発生回路VRの回路構成
は、バッドギャップ基準電圧形以外でもよく、たとえ
ば、出力分圧比形やしきい値電圧基準形などの高精度な
基準電圧を生成する回路構成であればよい。
【0040】さらに、スイッチング部19は、トランジ
スタやセレクタなどの一般的なスイッチング素子または
回路から構成されている。
【0041】これら第1昇圧回路15における回路構成
の一例を図4に示す。
【0042】第1昇圧回路15は、ディテクタ部20、
リングオシレータ21、ならびに昇圧部22から構成さ
れている。ディテクタ部20は、該第1昇圧回路15が
生成した昇圧電圧VPPのレベルをモニタし、リングオシ
レータ21の動作制御を行う。
【0043】また、リングオシレータ21は、所定の周
波数のパルスを生成し、昇圧部22は、該リングオシレ
ータ21が生成したパルスを用いてポンピング動作から
昇圧を行い、昇圧電圧VPPを生成する。
【0044】ディテクタ部20は、PチャネルMOSで
あるトランジスタT1〜T6、NチャネルMOSのトラ
ンジスタT7〜T14、インバータV1,V2、否定論
理積回路ND1、および否定論理和回路NR1からな
り、リングオシュレータ21は、インバータV3〜V6
からなる一般的な回路構成である。
【0045】さらに、昇圧部22は、PチャネルMOS
のトランジスタT15〜T18、NチャネルMOSのト
ランジスタT19〜25、インバータV7、否定論理和
回路NR2、否定論理積回路ND2、ならびにポンピン
グキャパシタCPからなる一般的な回路構成となってい
る。
【0046】これらディテクタ部20、リングオシレー
タ21、ならびに昇圧部22において、昇圧電圧V
PPは、ディテクタ部20によって検出され、そのレベル
が低い場合にはリングオシレータ21が動作を開始し、
昇圧部のポンピングキャパシタCPを駆動させて負荷に
電荷を供給し、昇圧電圧VPPレベルを上昇させる。
【0047】そして、ある電圧レベルに達すると、ディ
テクタ部20によってリングオシレータ21がOFFさ
れ、ポンピングキャパシタCPによるチャージポンプが
停止される。また、ここでは、第1昇圧回路15の回路
構成について説明したが、第2昇圧回路16における回
路構成も生成される電圧レベルが異なる以外は同様であ
る。
【0048】次に、本実施の形態の作用について、図2
および図5を用いて説明する。
【0049】まず、電源電圧VCCが安定している通常の
状態では、図2に示すように、第1昇圧回路15によっ
て生成された昇圧電圧VPPが供給されている。この第1
昇圧回路15から出力される昇圧電圧VPPは、基準電圧
PPdtcよりも高レベルになっているのでスイッチン
グ部19は非道通となっている。
【0050】ここで、図5における基準電圧VPPdt
cは、制御信号出力部18におけるコンパレータPの一
方の入力部に入力される実際の電圧レベル(抵抗R1,
R2による分圧レベル)を示したものではなく、昇圧電
圧VPPにおけるしきい値となる電圧レベルを示したも
のである。
【0051】また、第2昇圧回路16においても、ディ
テクタ部によって予め設定された電圧以下になるとリン
グオシュレータが動作され、ある電圧以上になるとリン
グオシュレータの動作を停止させることによって昇圧部
が昇圧電圧VPP+αの電圧レベルを生成しており、第2
昇圧回路16によって生成された昇圧電圧VPP+αは静
電容量素子17に蓄積されている。
【0052】そして、電源電圧VCCが低下すると、それ
につられて昇圧電源VPPも低下することになる。この電
源電圧VCCの低下は、実装されているプリント配線基板
の配線抵抗によるものや、他の複数の半導体集積回路装
置が動作することによる電圧降下、あるいはメモリ1の
半導体チップ内における消費電流の増加などがある。
【0053】この電源電圧VCCの電圧降下によって昇圧
電圧VPPが、基準電圧VPPdtcよりも低いレベルとな
ると、制御信号出力部18からはHiレベルの制御信号
Cがスイッチング部19に出力される。
【0054】この制御信号Cが、スイッチング部19の
制御部に入力されると、該スイッチング部19はONと
なり、第1昇圧回路15の出力部と、第2昇圧回路16
の出力部とが接続され、静電容量素子17に蓄積されて
いた電荷がスイッチング部19を介して電源電圧VPP
して出力される。
【0055】静電容量素子17に蓄積されていた電荷が
供給されることにより、電源電圧VPPのレベルは上昇
し、この電源電圧VPPが基準電圧VPPdtcよりも高く
なると、制御信号出力部18がLoレベルの制御信号を
出力することによってスイッチング部19がOFFとな
る。
【0056】よって、電源電圧VCCが低下した場合に
は、これらの制御を繰り返すことによって昇圧電源VPP
電圧レベルをほぼ一定に保たれることになる。また、電
源電圧VCCがる一定レベルまで回復すると、第1昇圧回
路15が生成する昇圧電源VPPだけで安定して供給でき
ることになるので、制御信号出力部18からは、Loレ
ベルの制御信号Cが出力されることになる。
【0057】それにより、本実施の形態では、昇圧電源
回路13に、昇圧電圧補償制御部を設けたことにより、
昇圧電圧VPPレベルが低くなるとスイッチング部19を
介して諸鬱電圧VPP+αを供給することができるので、
電源電圧VCCが低下しても安定して昇圧電圧VPPを供給
することができる。
【0058】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。
【0059】たとえば、前記実施の形態においては、第
2昇圧回路における昇圧電圧VPP+αの出力部に電容
量素子を接続した構成としたが、この静電容量素子を第
2昇圧回路の出力部に接続せず、第2昇圧回路の出力を
直接昇圧電圧VPPに出力する構成としてもよい。
【0060】これによっても、電源電圧VCCが低下して
も安定して昇圧電圧VPPを供給することができる。
【0061】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0062】(1)本発明によれば、高レベル電圧補償
制御手段により、ワード線電位になどに用いられる第1
の高レベル電圧が低下した場合でも、第2の高電圧レベ
ルを補給することによって供給能力を上げることができ
るので、安定して第1の高レベル電圧を供給することが
できる。
【0063】(2)また、本発明では、高レベル電圧補
償制御手段によって、電源電圧を低くしても第1の高レ
ベル電圧を安定して供給できるので、半導体集積回路装
置の保証動作電圧をより低くすることが可能となる。
【0064】(3)さらに、本発明においては、上記
(1)、(2)により、半導体集積回路装置における低
電圧動作のマージンを大きくきるので信頼性を向上で
き、半導体集積回路装置の性能を向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態によるメモリのブロック
図である。
【図2】本発明の一実施の形態によるメモリに設けられ
た昇圧電源回路のブロック図である。
【図3】本発明の一実施の形態による昇圧電源回路に設
けられた基準電圧回路の回路図である。
【図4】本発明の一実施の形態による昇圧電源回路に設
けられた第1昇圧回路における回路図である。
【図5】本発明の一実施の形態による昇圧電源回路が生
成する昇圧電圧と電源電圧との説明図である。
【符号の説明】
1 メモリ(半導体集積回路装置) 2 メモリマット 3 ワードドライバ 4 ローデコーダ 5 センスアンプ 6 カラムドライバ 7 カラムデコーダ 8 ローアドレスバッファ 8 カラムアドレスバッファ 10 制御回路 11 データ入力バッファ 12 データ出力バッファ 13 昇圧電源回路(昇圧電源発生回路) 14 降圧電源回路 15 第1昇圧回路(第1の昇圧電源部) 16 第2昇圧回路(第2の昇圧電源部) 17 静電容量素子 18 制御信号出力部 19 スイッチング部 20 ディテクタ部 21 リングオシレータ 22 昇圧部 SHC 昇圧電圧補償制御部(高レベル電圧補償制御手
段) P コンパレータ R1,R2 抵抗 VR 基準電圧発生回路 Tr1〜Tr3 トランジスタ RR1〜RR3 抵抗 T1〜T25 トランジスタ V1〜V7 インバータ ND1,ND2 否定論理積回路 NR1,NR2 否定論理和回路 CP ポンピングキャパシタ VPP 昇圧電圧(第1の高レベル電圧) VPP+α 昇圧電圧(第2の高レベル電圧) VPPdtc 基準電圧(しきい値) VCC 電源電圧 VSS 基準電位
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 津幸 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 外所 正弥 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 田中 洋介 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Fターム(参考) 5B024 AA03 BA13 BA27 CA10 5F038 BB04 BB06 BB08 EZ20 5H410 BB02 BB04 CC02 DD02 EA11 EA32 EB01 EB14 EB37 FF03 FF25 5H730 AS01 AS04 BB02 BB57 DD04 DD12 DD26 FG01 FG25 XX02 XX13 XX33

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワード線電位として動作電圧である電源
    電圧よりも高い第1の高レベル電圧が供給される半導体
    集積回路装置であって、 第1の高レベル電圧を電源電圧から生成する第1の昇圧
    電源部と、 第1の高レベル電圧がしきい値よりも低くなった際に第
    1の高レベル電圧よりも高い第2の高レベル電圧を出力
    し、第1の高レベル電圧として供給する高レベル電圧補
    償制御手段とよりなる昇圧電源発生回路を備えたことを
    特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置にお
    いて、 前記高レベル電圧補償制御手段が、 第2の高レベル電圧を電源電圧から生成する第2の昇圧
    電源部と、 第1の高レベル電圧の電圧レベルをモニタし、第1の高
    レベル電圧がしきい値よりも低下した際に制御信号を出
    力する制御信号出力部と、 第1の高レベル電圧が出力される前記第1の昇圧電源部
    の出力部と、第2の高レベル電圧が出力される前記第2
    の昇圧電源部の出力部との間に接続され、前記制御信号
    出力部の制御信号に基づいて前記第1の昇圧電源部の出
    力部と前記第2の昇圧電源部の出力部との放電制御を行
    うスイッチング部とよりなることを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体集積回路装置にお
    いて、前記第2の昇圧電源部に、前記第2の昇圧電源部
    の出力部と基準電位との間に接続され、前記第2の昇圧
    電源部が生成した第2の高レベル電圧の電荷を蓄積する
    静電容量素子を設けたことを特徴とする半導体集積回路
    装置。
JP11067931A 1999-03-15 1999-03-15 半導体集積回路装置 Withdrawn JP2000268562A (ja)

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