JP3303761B2 - 昇圧回路 - Google Patents

昇圧回路

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JP3303761B2 JP01347598A JP1347598A JP3303761B2 JP 3303761 B2 JP3303761 B2 JP 3303761B2 JP 01347598 A JP01347598 A JP 01347598A JP 1347598 A JP1347598 A JP 1347598A JP 3303761 B2 JP3303761 B2 JP 3303761B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路
等の中に組み込まれる昇圧回路および昇圧回路の制御方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリ(記憶素子)の一種である
D−RAM(Dynamic-Random Access Memory:随時
読み書き可能記憶装置)は、一般にメモリセルトランジ
スタとしてNMOS(N-channel Metal Oxide Semic
onductor)トランジスタ(NMOS電解効果トランジス
タ)が使用されることが多い。
【0003】このようなDRAMにおいて論理“1”の
情報をメモリセルに書き込む場合、メモリセルトランジ
スタの閾値損失をなくすために、メモリセルの転送用ト
ランジスタのゲート電極には外部から供給される外部電
源電圧よりも高い電圧を印加する必要がある。
【0004】そこで、このように外部電源電圧よりも高
い電圧を必要とする半導体装置においては、その内部に
外部電源電圧を昇圧して高い電圧を発生させる高圧発生
回路が設けられている。一般にこのような高圧発生回路
は、静電容量に対してポンピング動作を行い、高電圧を
発生させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図4は、従来の昇圧回
路の一例を示す接続図である。また図5は、図4に示す
昇圧回路の各部の波形の変化の様子を示すタイミングチ
ャートである。図4に示す構成では、電圧検知回路41
が昇圧電圧VXDの電圧を検知する。この昇圧電圧VXDが
任意のレベルを下回った場合に、検知信号OSUPがアク
ティブ(ハイレベル)となる。
【0006】検知信号OSUPがハイレベルになるとNM
OSトランジスタ44がオンとなり、抵抗分割部45で
決まった電圧がPMOS(P-channel Metal Oxide
Semiconductor)トランジスタ(PMOS電解効果トラ
ンジスタ)46のゲート電極に印加され、トランスファ
ゲート47がオンになる。
【0007】この時、接続点50は接地電圧に、また接
続点53は電源電圧に固定される。また、リングオシレ
ータ43を停止させていたNMOSトランジスタ48お
よびPMOSトランジスタ49はオフとなる。
【0008】同時に、PMOSトランジスタ46のドレ
イン電圧および電流制御部51、52の電圧で決まる接
続点50、53、54の電圧によって、リングオシレー
タ43はポンピング昇圧部42に入カするポンピングク
ロックVBOSを発生する。
【0009】即ち、リングオシレータ43の非動作時に
は、接続点50および53は各々接地電圧あるいは電源
電圧に固定されているが、検知信号OSUPがオンになる
と、NMOSトランジスタ48およびPMOSトランジ
スタ49がオフとなる。
【0010】トランスファゲート47がオンした直後
は、接続点54および50の電圧は、その配線容量比に
よって一端接地電圧に近いレベルもまで引き下げられ
る。その後、PMOSトランジスタ46のドレイン電圧
および電流制御部51、52のレベルに応じた電圧にな
る過程で、1回目のポンピングクロックVBOSが出力され
る。
【0011】ポンピングクロックVBOSの出力は、接続点
54の電圧が安定した後は、任意の一定周期となる。し
かしながら上述のような構成では、1回目の出力が遅く
なるという間題点があった。
【0012】昇圧電圧VXDが低下した後、この低下が検
知され、ポンピングにより昇圧されるまでの時間は短い
ほど良いから、特に最初の1回目のポンピングクロック
VBOSが遅くなるのは問題である。
【0013】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、昇圧電圧の低下が検知されたとき、ポンピン
グクロックが高速に出力される昇圧回路および昇圧回路
の制御方法を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1に記載の発明にあっては、入力される
クロックに基づいたポンピング動作により第1のコンデ
ンサに繰り返し電荷を充電して昇圧電圧を発生するポン
ピング手段と、前記昇圧電圧が予め設定される基準値を
下回った場合に検知信号を発生する電圧検知手段と、前
記検知信号の発生とともに所定周期の前記クロックを発
生するクロック発生手段とを具備し、前記クロック発生
手段は、前記検知信号発生直後は前記所定周期より短周
期で前記クロックを発生するとともに、前記クロックの
周期を制御する制御端子を有し、前記制御端子には、前
記検知信号を増幅し且つ抵抗分割により制御された電圧
を絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極で受
けた当該絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレイン
と、前記電圧検知手段の出力端子に1端が接続された第
2のコンデンサの他端とが接続されることを特徴とす
る。また、請求項2に記載の発明にあっては、入力され
るクロックに基づいたポンピング動作により第1のコン
デンサに繰り返し電荷を充電して昇圧電圧を発生するポ
ンピング手段と、前記昇圧電圧が予め設定される基準値
を下回った場合に検知信号を発生する電圧検知手段と、
前記検知信号の発生とともに所定周波数の前記クロック
を発生するクロック発生手段とを具備し、前記クロック
発生手段は、前記検知信号の発生から所定の期間は前記
所定周波数より高い周波数の前記クロックを発生すると
ともに、前記クロックの周波数を制御する制御端子を有
し、前記制御端子には、前記検知信号を増幅し且つ抵抗
分割により制御された電圧を絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタのゲート電極で受けた当該絶縁ゲート型電界効
果トランジスタのドレインと、前記電圧検知手段の出力
端子に1端が接続された第2のコンデンサの他端とが接
続されるを特徴とする。また、請求項3に記載の発明に
あっては、前記クロック発生手段は、前記制御端子の出
力に基づいて駆動電流が制御される絶縁ゲート型電界効
果トランジスタゲート電極受け型リングオシレータであ
ることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】A.第1の実施の形態 以下に、本発明について説明する。図1は、本発明の第
1の実施の形態にかかる昇圧回路の構成を示す接続図で
ある。また図2は、図1に示す昇圧回路の各部の波形の
変化の様子を示すタイミングチャートである。
【0016】図1において、1は電圧検知回路である。
この電圧検知回路1は昇圧電圧VXDの電圧を検知し、昇
圧電圧VXDが任意のレベルを下回った場合に、検知信号
OSUPをアクティブ(ハイレベル)にする。
【0017】検知信号OSUPがハイレベルになるとNM
OSトランジスタ4がオンとなり、抵抗分割部5で決ま
った電圧がPMOSトランジスタ6のゲート電極に印加
され、PMOSトランジスタ6がオンになる。
【0018】PMOSトランジスタ6がオンになるとト
ランスファゲート7がオンとなり、これによって接続点
10は接地電圧に、接続点13は電源電圧に固定され
る。こうして、リングオシレータ3を非動作状態にして
いたNMOSトランジスタ8およびPMOSトランジス
タ9はオフになる。
【0019】NMOSトランジスタ8およびPMOSト
ランジスタ9がオフになると同時に、カップリング容量
15により一時的に接続点14の電圧が引き上げられ
る。これにより、接続点14と10とが接続された時の
容量比による一時的な電圧の低下が防止される。
【0020】接続点14、13、10の電圧は、PMO
Sトランジスタ6のドレイン電圧および電流制御部1
1、12の電圧で決まる電圧に達し、これによってリン
グオシレータ3からは、ポンピング昇圧部2に入力され
るポンピングクロックVBOSの1回目が高速に発生す
る。従って、昇圧電圧VXDが低下してから、その昇圧電
圧VXDが元の電圧に回復するまでが高速化される。
【0021】B.第2の実施の形態 図3は、本発明の第2の実施の形態にかかる昇圧回路の
構成を示す接続図である。図3において、21は電圧検
知回路である。この電圧検知回路21は昇圧電圧VXDの
電圧を検知し、昇圧電圧VXDが任意のレベルを下回った
場合に、検知信号OSUPをアクティブ(ハイレベル)に
する。
【0022】検知信号OSUPがハイレベルになるとNM
OSトランジスタ24がオンとなり、抵抗分割部25で
決まった電圧がPMOSトランジスタ26のゲート電極
に印加され、PMOSトランジスタ26がオンになる。
【0023】PMOSトランジスタ26がオンになると
トランスファゲート27がオンとなり、これによって接
続点30は接地電圧に、接続点33は電源電圧に固定さ
れる。こうして、リングオシレータ23を非動作状態に
していたNMOSトランジスタ28およびPMOSトラ
ンジスタ29はオフになる。
【0024】NMOSトランジスタ28およびPMOS
トランジスタ29がオフになると同時に、コンデンサ3
5により一時的に接続点34の電圧が引き上げられる。
なおこのコンデンサ35としては、例えば半導体集積回
路において、導電層を一方の電極とし、この導電層の下
方の半導体領域を他方の電極として構成し、閾値による
電位差の損失をなくしてカップリングの効率を高めてい
る。このような構成により、接続点34と30とが接続
された時の容量比による一時的な電圧の低下が防止され
る。
【0025】接続点34、33、30の電圧は、PMO
Sトランジスタ26のドレイン電圧および電流制御部3
1、32の電圧で決まる電圧に達し、これによってリン
グオシレータ23からは、ポンピング昇圧部22に入力
されるポンピングクロックVBOSの1回目が高速に発生
する。従って、昇圧電圧VXDが低下してから、その昇圧
電圧VXDが元の電圧に回復するまでが高速化される。
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、入力されるクロックに基づいたポンピング動作によ
り第1のコンデンサに繰り返し電荷を充電して昇圧電圧
を発生するポンピング手段と、昇圧電圧が予め設定され
る基準値を下回ったか場合に検知信号を発生する電圧検
知手段と、検知信号の発生とともに所定周期のクロック
を発生するクロック発生手段とを具備する昇圧回路にお
いて、検知信号発生直後はクロック発生手段が発生する
クロックの周期を所定周期より短く制御する。また、検
知信号の電圧値に比例してクロック発生手段が発生する
クロックの周期が短くなる昇圧回路において、電圧検知
手段の出力端子と制御端子との間を第2のコンデンサに
よって接続するので、昇圧電圧の低下が検知されたと
き、ポンピングクロックが高速に出力される昇圧回路お
よび昇圧回路の制御方法が実現可能であるという効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態にかかる昇圧回路
の構成を示す接続図である。
【図2】 図1に示す昇圧回路の各部の波形の変化の様
子を示すタイミングチャートである。
【図3】 本発明の第2の実施の形態にかかる昇圧回路
の構成を示す接続図である。
【図4】 従来の昇圧回路の一例を示す接続図である。
【図5】 図4に示す昇圧回路の各部の波形の変化の様
子を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1、21、41 電圧検知回路 2、22、42 ポンピング昇圧部 3、23、43 リングオシレータ 4、24、44 NMOSトランジスタ 5、25、45 抵抗分割部 6、26、46 PMOSトランジスタ 7、27、47 トランスファゲート 8、28、48 NMOSトランジスタ 9、29、49 PMOSトランジスタ 10、30、50 接続点 11、31、51 電流制御部 12、32、52 電流制御部 13、33、53 接続点 14、34、54 接続点 15 カップリング容量 35 コンデンサ OSUP 検知信号 VXD 昇圧電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/07 G11C 11/413 H01L 21/822

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力されるクロックに基づいたポンピン
    グ動作により第1のコンデンサに繰り返し電荷を充電し
    て昇圧電圧を発生するポンピング手段と、前記昇圧電圧
    が予め設定される基準値を下回った場合に検知信号を発
    生する電圧検知手段と、前記検知信号の発生とともに所
    定周期の前記クロックを発生するクロック発生手段とを
    具備し、 前記クロック発生手段は、前記検知信号発生直後は前記
    所定周期より短周期で前記クロックを発生するととも
    に、前記クロックの周期を制御する制御端子を有し、前
    記制御端子には、前記検知信号を増幅し且つ抵抗分割に
    より制御された電圧を絶縁ゲート型電界効果トランジス
    タのゲート電極で受けた当該絶縁ゲート型電界効果トラ
    ンジスタのドレインと、前記電圧検知手段の出力端子に
    1端が接続された第2のコンデンサの他端とが接続され
    ることを特徴とする昇圧回路。
  2. 【請求項2】 入力されるクロックに基づいたポンピン
    グ動作により第1のコンデンサに繰り返し電荷を充電し
    て昇圧電圧を発生するポンピング手段と、前記昇圧電圧
    が予め設定される基準値を下回った場合に検知信号を発
    生する電圧検知手段と、前記検知信号の発生とともに所
    定周波数の前記クロックを発生するクロック発生手段と
    を具備し、 前記クロック発生手段は、前記検知信号の発生から所定
    の期間は前記所定周波数より高い周波数の前記クロック
    を発生するとともに、前記クロックの周波数を制御する
    制御端子を有し、前記制御端子には、前記検知信号を増
    幅し且つ抵抗分割により制御された電圧を絶縁ゲート型
    電界効果トランジスタのゲート電極で受けた当該絶縁ゲ
    ート型電界効果トランジスタのドレインと、前記電圧検
    知手段の出力端子に1端が接続された第2のコンデンサ
    の他端とが接続されることを特徴とする昇圧回路。
  3. 【請求項3】 前記クロック発生手段は、前記制御端子
    の出力に基づいて駆動電流が制御される絶縁ゲート型電
    界効果トランジスタゲート電極受け型リングオシレータ
    であることを特徴とする請求項1又は2に記載の昇圧回
    路。
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