JPH06150652A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
Semiconductor integrated circuitInfo
- Publication number
- JPH06150652A JPH06150652A JP4303538A JP30353892A JPH06150652A JP H06150652 A JPH06150652 A JP H06150652A JP 4303538 A JP4303538 A JP 4303538A JP 30353892 A JP30353892 A JP 30353892A JP H06150652 A JPH06150652 A JP H06150652A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- charge pump
- output
- pump circuit
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
- Dram (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体記憶装置(DRAM)等の、基板バイ
アス発生回路を内蔵した半導体集積回路に係り、電源電
圧が低電圧化されても、効率よく、十分に低い基板バイ
アスを供給する基板バイアス発生回路を内蔵した半導体
集積回路を提供する。
【構成】 第1のチャージポンプ回路の出力をさらに第
2のチャージポンプ回路でポンピングし、第1のチャー
ジポンプ回路を駆動する発振回路1の出力を、分周回路
2によって1/2の周波数で発振する信号に変換し、こ
の信号で第2のチャージポンプ回路を駆動する。第2の
チャージポンプ回路は第1のチャージポンプ回路の2倍
の周期で駆動されるので、第1のチャージポンプ回路で
ノード107の電荷を排出する動作が完了する毎に、第
1のチャージポンプ回路の出力ノード107をチャージ
アップする動作と、基板から電荷を吸い上げる動作が行
われ、第2のチャージポンプ回路でのロスが無い。
(57) [Abstract] [Object] A semiconductor integrated circuit, such as a semiconductor memory device (DRAM), having a built-in substrate bias generation circuit, which efficiently and sufficiently lowers the substrate bias even when the power supply voltage is lowered. Provided is a semiconductor integrated circuit having a substrate bias generating circuit to be supplied. [Structure] The output of an oscillation circuit 1 for driving the first charge pump circuit by further pumping the output of the first charge pump circuit by a second charge pump circuit is divided by a frequency divider circuit 2 at a half frequency. The signal is converted into an oscillating signal, and this signal drives the second charge pump circuit. Since the second charge pump circuit is driven in a cycle twice that of the first charge pump circuit, the first charge pump circuit is driven every time the operation of discharging the charge of the node 107 is completed in the first charge pump circuit. There is no loss in the second charge pump circuit because the operation of charging up the output node 107 of the circuit and the operation of absorbing the electric charge from the substrate are performed.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路に関
し、DRAM等の基板バイアス発生回路を内蔵する半導
体集積回路において、低い電源電圧で基板バイアス発生
回路を動作させる際に有効な技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a technique effective in operating a substrate bias generating circuit at a low power supply voltage in a semiconductor integrated circuit including a substrate bias generating circuit such as DRAM. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】DRAM等のMOSトランジスタで構成
された半導体集積回路においては、MOSトランジスタ
のソース・ドレイン領域と基板間の接合容量を小さくす
るためや、アンダーシュート等のノイズにより、NMO
Sトランジスタのソース・ドレイン領域と基板が順方向
にバイアスされてラッチアップを引き起こしたり、セル
のデータを破壊したりしないように、負の基板電圧が印
加されている。DRAMにおいては図5のような基板バ
イアス発生回路が内蔵されている。2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit composed of MOS transistors such as DRAM, an NMO is formed in order to reduce the junction capacitance between the source / drain region of the MOS transistor and the substrate and due to noise such as undershoot.
A negative substrate voltage is applied so that the source / drain region of the S transistor and the substrate are not forward biased to cause latch-up or destroy the data in the cell. The DRAM has a built-in substrate bias generation circuit as shown in FIG.
【0003】1は発振回路であり、発振回路1からは互
いに相補な交流を出力し、この出力によって2系統のチ
ャージポンプ回路を駆動する。片方のチャージポンプ回
路はポンピングキャパシタ104と整流素子であるPチ
ャンネルMOSトランジスタ101、102で構成され
ており、もう一方のチャージポンプ回路はポンピングキ
ャパシタ111と整流素子であるPチャンネルMOSト
ランジスタ108、109で構成されている。Reference numeral 1 denotes an oscillating circuit. The oscillating circuit 1 outputs alternating currents that are complementary to each other, and the two outputs drive the charge pump circuits. One charge pump circuit is composed of a pumping capacitor 104 and P-channel MOS transistors 101 and 102 which are rectifying elements, and the other charge pump circuit is a pumping capacitor 111 and P-channel MOS transistors 108 and 109 which are rectifying elements. It is configured.
【0004】この基板バイアス発生回路の動作を説明す
る。発振回路1から出力された互いに相補な交流によっ
てポンピングキャパシタ104と111が逆相で駆動さ
れる。ポンピングキャパシタ104に”H”が入力され
るとノード106の電位が上昇する。この時、ポンピン
グキャパシタ111には”L”が入力されてノード11
3の電位が降下する。ノード106とノード113の電
位差によってPチャンネルMOSトランジスタ101が
オンし、ノード106の電荷がVSSに放出される。引
き続いてポンピングキャパシタ104に”L”が入力さ
れ、ノード106の電位が降下する。この時、ポンピン
グキャパシタ111には”H”が入力されてノード11
3の電位が上昇し、PチャンネルMOSトランジスタ1
01がオフする。ノード106の電位が上記のVSSに
放出された電荷分降下するので、基板とノード106の
電位差によってPチャンネルMOSトランジスタ102
がオンし、基板の正の電荷がノード106に吸い上げら
れる。このような動作をくりかえして基板電流を供給す
る。一方のチャージポンプ回路で基板の電荷を吸い上げ
ている間に、もう一方のチャージポンプ回路で余った電
荷をVSSに放出するので、リップルが少ない基板電流
を供給できる。The operation of this substrate bias generation circuit will be described. The pumping capacitors 104 and 111 are driven in opposite phases by the mutually complementary alternating currents output from the oscillator circuit 1. When “H” is input to the pumping capacitor 104, the potential of the node 106 rises. At this time, “L” is input to the pumping capacitor 111 and the node 11
The potential of 3 drops. The P-channel MOS transistor 101 is turned on by the potential difference between the node 106 and the node 113, and the charge of the node 106 is discharged to VSS. Subsequently, “L” is input to the pumping capacitor 104, and the potential of the node 106 drops. At this time, “H” is input to the pumping capacitor 111 and the node 11
The potential of 3 rises, and the P-channel MOS transistor 1
01 turns off. Since the potential of the node 106 drops by the amount of charges released to the above VSS, the potential difference between the substrate and the node 106 causes the P-channel MOS transistor 102.
Is turned on, and the positive charge of the substrate is absorbed by the node 106. This operation is repeated to supply the substrate current. While one of the charge pump circuits absorbs the charge of the substrate, the other charge pump circuit discharges the excess charge to VSS, so that the substrate current with less ripple can be supplied.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】近年、素子の微細化が
進み、MOSトランジスタにおいては、ゲート酸化膜が
ますます薄くなる傾向にある。DRAM等のICにおい
ては、信頼性の確保のためにゲートに印加される電圧を
低くする必要が生じ、また、消費電力を低減する効果も
得られることなどから、電源電圧(VCC)を5.0V
から3.3Vもしくは3.0Vに変更したものが開発され
ている。In recent years, miniaturization of devices has progressed, and in MOS transistors, the gate oxide film tends to become thinner and thinner. In ICs such as DRAMs, it is necessary to lower the voltage applied to the gate in order to ensure reliability, and the effect of reducing power consumption is also obtained. Therefore, the power supply voltage (VCC) is set to 5. 0V
Has been developed from 3.3V to 3.0V.
【0006】基板から正の電荷を吸い出すことによって
生じる基板電流(IBB)を基板バイアス発生回路で消
費する消費電流(ICC)で割ったものを、基板電流供
給効率とする。上記の基板バイアス発生回路において、
ポンピングキャパシタ104の容量をC、電源電圧をV
CCとすると、ポンピングキャパシタ104で1周期の
間に消費される電荷はC×VCCであり、基板からノー
ド106に1周期の間に吸い上げられる電荷は、基板電
位をVBB、PチャンネルMOSトランジスタのしきい
値電圧をVthとすると、C×(VCC+VBB−Vt
h)となる。基板電流供給効率は理想的には(VCC+
VBB−Vth)/VCCとなるので、基板電流供給効
率は基板電位(VBB)が低くなるにしたがって小さく
なる。The substrate current supply efficiency is obtained by dividing the substrate current (IBB) generated by drawing out positive charges from the substrate by the consumption current (ICC) consumed by the substrate bias generation circuit. In the above substrate bias generation circuit,
The capacitance of the pumping capacitor 104 is C, and the power supply voltage is V
Assuming CC, the charge consumed by the pumping capacitor 104 in one cycle is C × VCC, and the charge absorbed from the substrate to the node 106 in one cycle has a substrate potential of VBB and a P-channel MOS transistor. If the threshold voltage is Vth, C × (VCC + VBB−Vt
h). The substrate current supply efficiency is ideally (VCC +
Since VBB-Vth) / VCC, the substrate current supply efficiency decreases as the substrate potential (VBB) decreases.
【0007】電源電圧が下がっても、アンダーシュート
等のノイズに対するマージンの確保のため、基板電位を
あまり浅くすることはできない。電源電圧が3.0Vで
上記の基板バイアス発生回路を用いて基板電位−2Vを
得ようとした場合、PチャンネルMOSトランジスタの
しきい値電圧Vthを0.7Vと仮定すれば、基板電流
供給効率は0.1以下となる。電源電圧が低下したこと
により、基板バイアス発生回路で消費する電流が増加し
てしまう。Even if the power supply voltage drops, the substrate potential cannot be made too shallow in order to secure a margin against noise such as undershoot. When it is attempted to obtain the substrate potential -2V by using the substrate bias generating circuit with the power supply voltage of 3.0V, assuming that the threshold voltage Vth of the P-channel MOS transistor is 0.7V, the substrate current supply efficiency is Is less than 0.1. The decrease in the power supply voltage increases the current consumed by the substrate bias generation circuit.
【0008】本発明はこのような課題に鑑みてなされ、
低電源電圧時においても、十分に低い基板電位を効率よ
く供給する基板バイアス発生回路を内蔵した半導体集積
回路を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit having a built-in substrate bias generation circuit that efficiently supplies a sufficiently low substrate potential even at a low power supply voltage.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第1のチャージポンプ回路の出力を第
2のチャージポンプ回路でさらにポンピングし、第1の
チャージポンプ回路を駆動する周波数の1/2の周波数
で、第2のチャージポンプ回路を駆動することとした。In order to achieve the above object, according to the present invention, the output of the first charge pump circuit is further pumped by the second charge pump circuit to drive the first charge pump circuit. It was decided to drive the second charge pump circuit at a frequency half the frequency.
【0010】具体的に説明すると、請求項1の発明は、
第1のチャージポンプ回路と、第1のチャージポンプ回
路の出力をさらにポンピングする、第2のチャージポン
プ回路を備え、第1のチャージポンプ回路は発振回路の
出力で駆動し、第2のチャージポンプ回路は、発振回路
の1/2の周波数で発振する分周回路によって駆動する
ものである。More specifically, the invention of claim 1 is
A first charge pump circuit; and a second charge pump circuit for further pumping the output of the first charge pump circuit. The first charge pump circuit is driven by the output of the oscillator circuit, and the second charge pump circuit is provided. The circuit is driven by a frequency divider circuit that oscillates at a frequency half that of the oscillator circuit.
【0011】請求項3の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、第1のチャージポンプ回路と逆相の信号で駆動
される第3のチャージポンプ回路と、第2のチャージポ
ンプ回路と逆相の信号で駆動され、前記第3のチャージ
ポンプ回路の出力をさらにポンピングする、第4のチャ
ージポンプ回路を更に有し、第2および第4のチャージ
ポンプ回路の出力整流ダイオードをそれぞれ第1および
第2のNチャンネルMOSトランジスタで構成し、前記
第2のチャージポンプ回路を構成する第1のキャパシタ
の出力で、前記第2のNチャンネルMOSトランジスタ
のゲートを制御し、前記第4のチャージポンプ回路を構
成する第2のキャパシタの出力で、前記第1のNチャン
ネルMOSトランジスタのゲートを制御すると共に、前
記第1および第2のキャパシタの出力が共に”H”とな
る期間が発生しないように、前記分周回路の出力信号を
遅延させる遅延回路と、前記分周回路の出力信号と前記
遅延回路の出力信号を入力信号としたNAND回路およ
びNOR回路と、前記NAND回路の出力信号を反転す
るインバータ回路を更に有し、前記第2のチャージポン
プ回路と前記第4のチャージポンプ回路を、一方は前記
NOR回路の出力で駆動し、他方は前記インバータ回路
の出力で駆動するものである。According to a third aspect of the present invention, in the above first aspect of the invention, a third charge pump circuit driven by a signal having a phase opposite to that of the first charge pump circuit and a phase opposite to the second charge pump circuit are used. Further includes a fourth charge pump circuit for further pumping the output of the third charge pump circuit, the output rectifying diodes of the second and fourth charge pump circuits being respectively the first and the first rectifying diodes. The second charge pump circuit controls the gate of the second N-channel MOS transistor by the output of the first capacitor which is composed of two N-channel MOS transistors and constitutes the second charge pump circuit. The gate of the first N-channel MOS transistor is controlled by the output of the constituting second capacitor, and the first and second A delay circuit for delaying the output signal of the frequency dividing circuit, and an output signal of the frequency dividing circuit and an output signal of the delay circuit are used as input signals so that a period in which both the outputs of the capacitors are "H" does not occur. A NAND circuit and a NOR circuit, and an inverter circuit that inverts the output signal of the NAND circuit are further included, and one of the second charge pump circuit and the fourth charge pump circuit is driven by the output of the NOR circuit. The other one is driven by the output of the inverter circuit.
【0012】請求項4の発明は、上記請求項1の発明に
おいて、基板電位に応じて、基板電位がある電位以上で
は”H”、基板電位がある電位以下では”L”を出力す
る基板電位検出回路と、前記基板電位検出回路の”L”
レベル出力を基板電位に変換するレベルシフト回路と、
前記第1のチャージポンプ回路の出力端子と基板との接
続を制御するMOSトランジスタスイッチを更に有し、
前記レベルシフト回路の出力信号が前記MOSトランジ
スタスイッチの制御信号として用いられ、前記基板電位
検出回路の出力信号が、前記発振回路の出力を前記分周
回路に伝達する回路の制御信号として用いられる。According to a fourth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the substrate potential outputs "H" when the substrate potential is higher than a certain potential and "L" when the substrate potential is lower than a certain potential according to the substrate potential. "L" of the detection circuit and the substrate potential detection circuit
A level shift circuit for converting the level output to a substrate potential,
Further comprising a MOS transistor switch for controlling connection between the output terminal of the first charge pump circuit and the substrate,
An output signal of the level shift circuit is used as a control signal of the MOS transistor switch, and an output signal of the substrate potential detection circuit is used as a control signal of a circuit that transmits the output of the oscillation circuit to the frequency dividing circuit.
【0013】[0013]
【作用】請求項1の発明によれば、第1のチャージポン
プ回路の1/2の周波数で駆動される、第2のチャージ
ポンプ回路で、第1のチャージポンプ回路の出力をさら
にポンピングするので、第1のチャージポンプ回路によ
る、第1のチャージポンプ回路出力ノードの電荷の排出
が完了してから、第2のチャージポンプ回路によって、
前記ノードに基板の電荷が吸い上られ、効率よく、低い
基板電位を発生できる。According to the invention of claim 1, the second charge pump circuit, which is driven at half the frequency of the first charge pump circuit, further pumps the output of the first charge pump circuit. , After the first charge pump circuit completes discharging the charge from the first charge pump circuit output node, the second charge pump circuit
The charges of the substrate are sucked up to the node, and a low substrate potential can be efficiently generated.
【0014】請求項3の発明によれば、2系統のチャー
ジポンプ回路列は相補的な交流で駆動されるので、例え
ば、第1のチャージポンプ回路出力ノードが”L”レベ
ルになった場合、第3のチャージポンプ回路出力ノード
は”H”レベルになり、第2のNチャンネルMOSトラ
ンジスタがオン状態となるので、第1のチャージポンプ
回路出力ノードに現れた”L”レベルの電位は、ロスす
ることなく基板に伝達される。また、第1のチャージポ
ンプ回路出力ノードと第3のチャージポンプ回路出力ノ
ードの電位が同時に”H”レベルとならないように制御
されているので、第1叉は第3のチャージポンプ回路出
力ノードから基板に、正の電荷が逆流することはない。According to the third aspect of the present invention, since the charge pump circuit trains of the two systems are driven by complementary alternating current, for example, when the output node of the first charge pump circuit becomes "L" level, Since the third charge pump circuit output node becomes "H" level and the second N-channel MOS transistor is turned on, the "L" level potential appearing at the first charge pump circuit output node is lost. Without being transmitted to the substrate. In addition, since the potentials of the first charge pump circuit output node and the third charge pump circuit output node are controlled so as not to be at the “H” level at the same time, the first or third charge pump circuit output node No positive charges flow back into the substrate.
【0015】請求項4の発明によれば、基板電位検出回
路の出力信号によって、第1、第3のチャージポンプ回
路の出力と基板との接続の制御と、発振回路の出力信号
を分周回路に伝達する回路を制御するので、第1、第3
のチャージポンプ回路のみで基板電位を発生するか、第
1、第3のチャージポンプ回路の出力をそれぞれ第2、
第4のチャージポンプ回路で更にポンピングして基板電
位を発生するか、基板電位のレベルにより選択すること
ができる。According to the present invention, the output signals of the substrate potential detecting circuit control the connection between the outputs of the first and third charge pump circuits and the substrate, and the output signal of the oscillation circuit divides the frequency. Since it controls the circuit transmitted to the
Of the charge pump circuit alone to generate the substrate potential, or to output the outputs of the first and third charge pump circuits to the second,
The fourth charge pump circuit can be further pumped to generate the substrate potential, or can be selected according to the level of the substrate potential.
【0016】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例に係る半導体集積回路
について詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor integrated circuit according to embodiments of the present invention will be described in detail below.
【0017】(実施例1)図1は本発明の第1の実施例
に係る基板バイアス発生回路である。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a substrate bias generating circuit according to a first embodiment of the present invention.
【0018】同図において1は発振回路、2は発振回路
1の出力信号を1/2の周波数に変換する分周回路であ
る。PチャンネルMOSトランジスタ101、102と
ポンピングキャパシタ104で第1のチャージポンプ回
路を構成し、PチャンネルMOSトランジスタ103と
ポンピングキャパシタ105で第2のチャージポンプ回
路を構成している。第1、第2のチャージポンプ回路と
類似した構成の第3、第4のチャージポンプ回路がさら
に設けられている。In the figure, reference numeral 1 is an oscillator circuit, and 2 is a frequency divider circuit for converting the output signal of the oscillator circuit 1 into a half frequency. The P-channel MOS transistors 101 and 102 and the pumping capacitor 104 form a first charge pump circuit, and the P-channel MOS transistor 103 and the pumping capacitor 105 form a second charge pump circuit. Third and fourth charge pump circuits having a configuration similar to the first and second charge pump circuits are further provided.
【0019】発振回路1からは互いに相補的な交流を出
力し、ポンピングキャパシタ104と111を逆位相で
駆動する。ポンピングキャパシタ104に”H”が入力
されると、ノード106の電位を持ち上げようとし、同
時にポンピングキャパシタ111には”L”が入力され
て、ノード113の電位が下がり、トランジスタ101
はオン状態となる。したがって、ノード106はポンピ
ングキャパシタ104によってチャージアップされる
が、電位がVSSより上がらず、余分な電荷がVSSに
放出される。引き続いてポンピングキャパシタ104
に”L”が入力されると、ノード106の電位を引き下
げようとし、同時にポンピングキャパシタ111には”
H”が入力されて、ノード113の電位が上がり、トラ
ンジスタ101はオフ状態となる。したがって、ノード
106にはVSSから正の電荷が流入することはなく、
ノード106の電位が下がり、ダイオード形態のPチャ
ンネルMOSトランジスタ102がオン状態となり、ノ
ード107の電荷が吸い上げられる。以上の動作を1サ
イクルとして、第1のチャージポンプ回路によって、ノ
ード107に負の電圧を発生する。The oscillator circuit 1 outputs alternating currents complementary to each other to drive the pumping capacitors 104 and 111 in opposite phases. When "H" is input to the pumping capacitor 104, the potential of the node 106 is tried to be raised, and at the same time, "L" is input to the pumping capacitor 111, the potential of the node 113 is lowered, and the transistor 101
Is turned on. Therefore, the node 106 is charged up by the pumping capacitor 104, but the potential does not rise above VSS, and excess charge is discharged to VSS. Subsequently, the pumping capacitor 104
When "L" is input to, the potential of the node 106 is tried to be lowered, and at the same time, "L" is applied to the pumping capacitor 111.
H ″ is input, the potential of the node 113 rises, and the transistor 101 is turned off. Therefore, positive charge does not flow into the node 106 from VSS,
The potential of the node 106 drops, the diode-type P-channel MOS transistor 102 is turned on, and the charge of the node 107 is absorbed. With the above operation as one cycle, the first charge pump circuit generates a negative voltage at node 107.
【0020】このようにして作られた負の電圧を第2の
チャージポンプ回路でさらに引き下げる。この際、ポン
ピングキャパシタ105に”L”が入力され、ノード1
07に基板の電荷を吸い上げを開始する時のノード10
7の電位と、ポンピングキャパシタ105に”H”が入
力され、ノード107をチャージアップし終えた時のノ
ード107の電位が等しければ、第2のチャージポンプ
回路でロスすることなく、基板に負の電圧を供給でき
る。したがって、第2のチャージポンプ回路を第1のチ
ャージポンプ回路の2倍の周期で動作させればよい。こ
の時、発生可能な基板電位は−(2VCC−2Vth)
である(VCCは電源電圧、VthはPチャンネルMO
Sトタンジスタのしきい値電圧)。The negative voltage thus created is further reduced by the second charge pump circuit. At this time, “L” is input to the pumping capacitor 105 and the node 1
Node 10 when starting to absorb the electric charge of the substrate to 07
If the potential of node 7 is equal to the potential of node 107 when “H” is input to pumping capacitor 105 and node 107 has finished charging up, the potential of node 107 will not be lost in the second charge pump circuit and will be negative in the substrate. Can supply voltage. Therefore, it suffices to operate the second charge pump circuit at a cycle twice that of the first charge pump circuit. At this time, the substrate potential that can be generated is-(2VCC-2Vth).
(VCC is power supply voltage, Vth is P channel MO
S transistor threshold voltage).
【0021】図2は本実施例の基板バイアス発生回路
と、従来型の基板バイアス発生回路の基板電流供給効率
をスパイスシミュレーションによって比較したグラフで
ある。FIG. 2 is a graph comparing the substrate current supply efficiencies of the substrate bias generating circuit of this embodiment and the conventional substrate bias generating circuit by a spice simulation.
【0022】電源電圧を3.0V、PチャンネルMOS
トランジスタのしきい値電圧を0.7Vとすると、基板
電位が−1.5V付近で従来の基板バイアス発生回路よ
りも、本発明の基板バイアス発生回路の基板電流供給効
率の方がよくなり、従来の基板バイアス発生回路では、
上記の条件では、基板電位−2Vを発生できないが、本
発明の基板バイアス発生回路では、基板電流供給効率2
0%で、基板電位−2Vを発生できる。Power supply voltage is 3.0V, P channel MOS
When the threshold voltage of the transistor is 0.7V, the substrate current supply efficiency of the substrate bias generating circuit of the present invention is better than that of the conventional substrate bias generating circuit when the substrate potential is around -1.5V. In the substrate bias generation circuit of
Under the above conditions, the substrate potential −2V cannot be generated, but the substrate bias generating circuit of the present invention has a substrate current supply efficiency of 2V.
A substrate potential of −2 V can be generated at 0%.
【0023】(実施例2)図3は第2および第4のチャ
ージポンプ回路と、これらを駆動する回路の変形例を示
す回路図である。図1に示すように、第2および第4の
チャージポンプ回路の整流素子は、ダイオード形態のP
チャンネルMOSトランジスタで構成されているので、
基板の電位は、ノード107、114の電位よりも、P
チャンネルMOSトランジスタのしきい値電圧だけ高く
なる。そこで、第2および第4のチャージポンプ回路の
整流素子をそれぞれNチャンネルMOSトランジスタ1
15、116で構成し、NチャンネルMOSトランジス
タ115のゲートはノード114と接続し、Nチャンネ
ルMOSトランジスタ116のゲートはノード107と
接続する。このような構成にすれば、第2のチャージポ
ンプ回路と第4のチャージポンプ回路が逆位相で駆動さ
れるので、ノード107に”L”が現れたときは、ノー
ド114は”H”になり、NチャンネルMOSトランジ
スタ115がオン状態となって、ノード107の電位が
基板にトランジスタのしきい値電圧に関わらずロスなく
伝達される。(Embodiment 2) FIG. 3 is a circuit diagram showing a modified example of the second and fourth charge pump circuits and a circuit for driving them. As shown in FIG. 1, the rectifying elements of the second and fourth charge pump circuits are diode-type P
Since it is composed of channel MOS transistors,
The potential of the substrate is higher than that of the nodes 107 and 114 by P
The threshold voltage of the channel MOS transistor increases. Therefore, the rectifying elements of the second and fourth charge pump circuits are respectively connected to the N-channel MOS transistor 1
The gate of N channel MOS transistor 115 is connected to node 114, and the gate of N channel MOS transistor 116 is connected to node 107. With such a configuration, the second charge pump circuit and the fourth charge pump circuit are driven in opposite phases. Therefore, when "L" appears at the node 107, the node 114 becomes "H". , N-channel MOS transistor 115 is turned on, and the potential of node 107 is transmitted to the substrate without loss regardless of the threshold voltage of the transistor.
【0024】さらに、分周回路2の出力と、分周回路2
の出力を遅延回路3で遅延させた信号のNOR出力と、
分周回路2の出力と、分周回路2の出力を遅延回路3で
遅延させた信号のNAND出力を反転させた信号で、第
2のチャージポンプ回路と第4のチャージポンプ回路を
駆動する。分周回路2から”H”が出力されると、NO
R回路の出力はただちに”L”に遷移し、NAND回路
の出力を反転させた信号は、遅延回路3で設定された遅
延時間だけ遅れて”H”に遷移する。分周回路2から”
L”が出力されると、NOR回路の出力は遅延回路3で
設定された遅延時間だけ遅れて”H”に遷移し、NAN
D回路の出力を反転させた信号はただちに”L”に遷移
する。したがって、ノード107とノード114が同時
に”H”となる期間が存在しないので、基板にノード1
07、114の電荷が逆流することはない。Further, the output of the frequency dividing circuit 2 and the frequency dividing circuit 2
NOR output of the signal obtained by delaying the output of
The second charge pump circuit and the fourth charge pump circuit are driven by the output of the frequency dividing circuit 2 and the signal obtained by inverting the NAND output of the signal obtained by delaying the output of the frequency dividing circuit 2 by the delay circuit 3. When "H" is output from the frequency divider circuit 2, NO
The output of the R circuit immediately transits to "L", and the signal obtained by inverting the output of the NAND circuit transits to "H" after a delay time set by the delay circuit 3. From frequency divider 2 ”
When L "is output, the output of the NOR circuit transits to" H "with a delay of the delay time set by the delay circuit 3, and NAN is output.
The signal obtained by inverting the output of the D circuit immediately transits to "L". Therefore, there is no period in which the node 107 and the node 114 are “H” at the same time, so that the node 1
The charges of 07 and 114 do not flow back.
【0025】(実施例3)図4は本発明の第3の実施例
に係り、基板電位によって基板電位の発生方法を変更す
る基板バイアス発生回路である。図2に示すように、基
板電位が高い間は、従来のように、チャージポンプ回路
1段のみで基板電位を発生した方が基板電流供給効率が
よい。基板電位が低くなると、1段目のチャージポンプ
回路の出力をさらに2段目のチャージポンプ回路でポン
ピングした方が基板電流供給効率がよくなる。したがっ
て、基板電位が高い間は従来のように、チャージポンプ
回路1段のみで基板電位を発生し、1段目のチャージポ
ンプ回路の出力をさらに2段目のチャージポンプ回路で
ポンピングした方が、基板電流供給効率がよくなるレベ
ルまで基板電位が低くなると、1段目のチャージポンプ
回路の出力をさらに2段目のチャージポンプ回路でポン
ピングして、基板電位を供給する構成とすれば、最も効
率よく基板電位を発生できる。(Third Embodiment) FIG. 4 is a substrate bias generating circuit according to a third embodiment of the present invention, in which the method of generating the substrate potential is changed according to the substrate potential. As shown in FIG. 2, as long as the substrate potential is high, it is better to generate the substrate potential in only one stage of the charge pump circuit, as in the conventional case, to improve the substrate current supply efficiency. When the substrate potential becomes lower, pumping the output of the first-stage charge pump circuit further by the second-stage charge pump circuit improves the substrate current supply efficiency. Therefore, while the substrate potential is high, it is better to generate the substrate potential in only one stage of the charge pump circuit and pump the output of the charge pump circuit in the first stage by the charge pump circuit in the second stage as in the conventional case. When the substrate potential drops to a level where the substrate current supply efficiency improves, the output of the first-stage charge pump circuit is further pumped by the second-stage charge pump circuit to supply the substrate potential, which is the most efficient. A substrate potential can be generated.
【0026】基板は、第2、第4のチャージポンプ回路
の出力と接続されているが、NチャンネルMOSトラン
ジスタ117、118を介して、ノード107、114
とも接続されている。レベルシフト回路4は基板電位検
出回路5から出された振幅VCC−VSSの信号を、振
幅VCC−VBBの信号に変換し、この信号でNチャン
ネルMOSトランジスタスイッチ117、118を制御
する。The substrate is connected to the outputs of the second and fourth charge pump circuits, but the nodes 107 and 114 are connected through N-channel MOS transistors 117 and 118.
Is also connected. The level shift circuit 4 converts the signal of the amplitude VCC-VSS output from the substrate potential detection circuit 5 into a signal of the amplitude VCC-VBB, and controls the N-channel MOS transistor switches 117 and 118 with this signal.
【0027】基板電位検出回路5は、1段目のチャージ
ポンプ回路の出力をさらに2段目のチャージポンプ回路
でポンピングした方が基板電流供給効率がよくなるレベ
ルに基板電位が達すると、”L”を出力し、この”L”
信号をレベルシフト回路4で基板電位に変換する。すな
わち、1段目のチャージポンプ回路の出力をさらに2段
目のチャージポンプ回路でポンピングした方が基板電流
供給効率がよくなるレベルに基板電位が達すると、Nチ
ャンネルMOSトランジスタ117、118のゲートに
基板電位が印加され、NチャンネルMOSトランジスタ
117、118がオフ状態となり、基板とノード10
7、114が切り離される。また、発振回路1の出力
は、基板電位検出回路5の出力が”L”となることによ
って、分周回路2に伝えられる。The substrate potential detecting circuit 5 is "L" when the substrate potential reaches a level where the substrate current supply efficiency is improved by pumping the output of the first stage charge pump circuit by the second stage charge pump circuit. Is output and this "L"
The signal is converted into a substrate potential by the level shift circuit 4. That is, when the substrate potential reaches a level at which the substrate current supply efficiency is improved by pumping the output of the first-stage charge pump circuit by the second-stage charge pump circuit, the substrate of the gates of the N-channel MOS transistors 117 and 118 is reached. A potential is applied, the N-channel MOS transistors 117 and 118 are turned off, and the substrate and node 10
7, 114 are separated. Further, the output of the oscillation circuit 1 is transmitted to the frequency dividing circuit 2 when the output of the substrate potential detection circuit 5 becomes “L”.
【0028】したがって、基板電位検出回路5の出力
が”L”になると、基板とノード107、114が切り
離されるとともに、第2、第4のチャージポンプ回路が
駆動され、1段目のチャージポンプ回路の出力をさらに
2段目のチャージポンプ回路でポンピングするという構
成で基板電位を発生する。Therefore, when the output of the substrate potential detecting circuit 5 becomes "L", the substrate is disconnected from the nodes 107 and 114, and the second and fourth charge pump circuits are driven to drive the first stage charge pump circuit. Further, the substrate potential is generated by the configuration in which the output of is further pumped by the second stage charge pump circuit.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明してきたとおり、請求項1の発
明によれば、第1のチャージポンプ回路の出力を第2の
チャージポンプ回路でさらにポンピングし、第1のチャ
ージポンプ回路を駆動する周波数の1/2の周波数で第
2のチャージポンプ回路を駆動するので、電源電圧3.
0Vで基板電位が−2.0Vの場合において、基板電流
を20%の効率で発生させることが可能であり、電源電
圧の低電圧化に対応できる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the frequency of driving the first charge pump circuit by further pumping the output of the first charge pump circuit by the second charge pump circuit. Since the second charge pump circuit is driven at a frequency of 1/2, the power supply voltage is 3.
When the substrate potential is 0 V and the substrate potential is −2.0 V, the substrate current can be generated with an efficiency of 20%, and the power supply voltage can be lowered.
【0030】請求項3の発明によれば、2系統のチャー
ジポンプ回路列の、基板への出力を整流する素子は、N
チャンネルMOSトランジスタ115、116で構成さ
れ、NチャンネルMOSトランジスタ115、116の
ゲートは、電位が同時に”H”レベルとならないように
制御された、ノード107、114にそれぞれ接続され
ているので、電圧のロスがなく、また、電荷が逆流する
ことなしにノード107、114の電位を基板に伝達で
きる。According to the invention of claim 3, the element for rectifying the output to the substrate of the charge pump circuit array of two systems is N.
The gates of the N-channel MOS transistors 115 and 116 are connected to the nodes 107 and 114, respectively, which are controlled so that the potentials thereof do not become "H" level at the same time. The potentials of the nodes 107 and 114 can be transmitted to the substrate without loss and without backflow of charges.
【0031】請求項4の発明によれば、基板電位検出回
路の出力信号によって、NチャンネルMOSトランジス
タ117、118の制御と、発振回路の出力信号を分周
回路に伝達する回路を制御を行うので、基板電位に応じ
て、最適の基板電流供給効率が得られる。According to the invention of claim 4, the N-channel MOS transistors 117 and 118 are controlled by the output signal of the substrate potential detecting circuit and the circuit for transmitting the output signal of the oscillating circuit to the frequency dividing circuit is controlled. The optimum substrate current supply efficiency can be obtained according to the substrate potential.
【図1】本発明の第1の実施例に係る基板バイアス発生
回路FIG. 1 is a substrate bias generation circuit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同実施例の基板バイアス発生回路と、従来型の
基板バイアス発生回路の基板電流供給効率をスパイスシ
ミュレーションによって比較した特性図FIG. 2 is a characteristic diagram comparing the substrate current supply efficiencies of the substrate bias generation circuit of the same example and a conventional substrate bias generation circuit by a spice simulation.
【図3】本発明の第2の実施例に係る第2および第4の
チャージポンプ回路と、これらを駆動する回路の変形例
を示す回路図FIG. 3 is a circuit diagram showing second and fourth charge pump circuits according to a second embodiment of the present invention and a modification example of a circuit for driving them.
【図4】本発明の第3の実施例に係る基板電位によって
基板電位の発生方法を変更する基板バイアス発生回路FIG. 4 is a substrate bias generation circuit for changing a substrate potential generation method according to a substrate potential according to a third embodiment of the present invention.
【図5】従来の基板バイアス発生回路FIG. 5: Conventional substrate bias generation circuit
1 発振回路 2 分周回路 3 遅延回路 4 レベルシフト回路 5 基板電位検出回路 101〜103,108,109,110 Pチャンネル
MOSトランジスタ 104、111 ポンピングキャパシタ 105、112 第1および第2のキャパシタ 115〜118 NチャンネルMOSトランジスタ1 Oscillation circuit 2 Dividing circuit 3 Delay circuit 4 Level shift circuit 5 Substrate potential detection circuit 101-103,108,109,110 P-channel MOS transistor 104,111 Pumping capacitor 105,112 First and second capacitors 115-118 N-channel MOS transistor
Claims (4)
グする第2のチャージポンプ回路と、 前記第1のチャージポンプ回路を駆動する発振周波数を
出力する発振回路と、 前記第2のチャージポンプ回路を駆動する前記発振回路
の1/2の周波数を出力する分周回路とを備えた半導体
集積回路。1. A first charge pump circuit, a second charge pump circuit that further pumps the output of the first charge pump circuit, and an oscillation that outputs an oscillation frequency that drives the first charge pump circuit. A semiconductor integrated circuit comprising: a circuit; and a frequency dividing circuit that outputs a half frequency of the oscillation circuit that drives the second charge pump circuit.
と逆相の信号で駆動される第3のチャージポンプ回路
と、第2のチャージポンプ回路と逆相の信号で駆動さ
れ、前記第3のチャージポンプ回路の出力をさらにポン
ピングする、第4のチャージポンプ回路を更に有した半
導体集積回路。2. A third charge pump circuit driven by a signal having a phase opposite to that of the first charge pump circuit according to claim 1, and a second charge pump circuit driven by a signal having a phase opposite to that of the second charge pump circuit. The semiconductor integrated circuit further including a fourth charge pump circuit for further pumping the output of the charge pump circuit of 3.
ポンプ回路の出力整流ダイオードをそれぞれ第1および
第2のNチャンネルMOSトランジスタで構成し、前記
第2のチャージポンプ回路を構成する第1のキャパシタ
の出力で、前記第2のNチャンネルMOSトランジスタ
のゲートを制御し、前記第4のチャージポンプ回路を構
成する第2のキャパシタの出力で、前記第1のNチャン
ネルMOSトランジスタのゲートを制御すると共に、 第1および第2のキャパシタの出力が共に”H”となる
期間が発生しないように、前記分周回路の出力信号を遅
延させる遅延回路と、 前記分周回路の出力信号と前記遅延回路の出力信号を入
力信号としたNAND回路およびNOR回路と、 前記NAND回路の出力信号を反転するインバータ回路
を更に有し、 前記第2のチャージポンプ回路と前記第4のチャージポ
ンプ回路を、一方は前記NOR回路の出力で駆動し、他
方は前記インバータ回路の出力で駆動することを特徴と
する半導体集積回路。3. The second charge pump circuit according to claim 2, wherein the output rectifying diodes of the second and fourth charge pump circuits are respectively constituted by first and second N-channel MOS transistors, and the second charge pump circuit is constituted. The output of the first capacitor controls the gate of the second N-channel MOS transistor, and the output of the second capacitor forming the fourth charge pump circuit controls the gate of the first N-channel MOS transistor. A delay circuit that controls and delays an output signal of the frequency dividing circuit so that a period in which the outputs of the first and second capacitors are both "H" does not occur; an output signal of the frequency dividing circuit; A NAND circuit and a NOR circuit that use the output signal of the delay circuit as an input signal; and an inverter circuit that inverts the output signal of the NAND circuit. And a second charge pump circuit and a fourth charge pump circuit, one of which is driven by an output of the NOR circuit and the other of which is driven by an output of the inverter circuit. .
基板電位に応じて、基板電位がある電位以上では”
H”、基板電位がある電位以下では”L”を出力する基
板電位検出回路と、 前記基板電位検出回路の”L”レベル出力を基板電位に
変換するレベルシフト回路と、 前記第1のチャージポンプ回路の出力端子と基板との接
続を制御するMOSトランジスタスイッチを更に有し、 前記レベルシフト回路の出力信号が前記MOSトランジ
スタスイッチの制御信号として用いられ、前記基板電位
検出回路の出力信号が、前記発振回路の出力を前記分周
回路に伝達する回路の制御信号として用いられることを
特徴とする半導体集積回路。4. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein
Depending on the substrate potential, if the substrate potential is above a certain level,
H ", a substrate potential detection circuit that outputs" L "when the substrate potential is lower than a certain potential, a level shift circuit that converts the" L "level output of the substrate potential detection circuit into a substrate potential, the first charge pump The circuit further comprises a MOS transistor switch for controlling the connection between the output terminal of the circuit and the substrate, wherein the output signal of the level shift circuit is used as the control signal of the MOS transistor switch, and the output signal of the substrate potential detection circuit is A semiconductor integrated circuit, which is used as a control signal for a circuit for transmitting an output of an oscillation circuit to the frequency dividing circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4303538A JP3024399B2 (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4303538A JP3024399B2 (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Semiconductor integrated circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06150652A true JPH06150652A (en) | 1994-05-31 |
| JP3024399B2 JP3024399B2 (en) | 2000-03-21 |
Family
ID=17922205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4303538A Expired - Fee Related JP3024399B2 (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Semiconductor integrated circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3024399B2 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100239697B1 (en) * | 1996-09-16 | 2000-01-15 | 김영환 | DRAM back bias voltage generator |
| KR100320118B1 (en) * | 1997-02-03 | 2002-04-22 | 모리시타 요이찌 | Charge pump circuit and logic circuit |
| KR100347140B1 (en) * | 1999-12-31 | 2002-08-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | Voltage conversion circuit |
| KR100465248B1 (en) * | 2000-08-14 | 2005-01-13 | 미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤 | Substrate bias voltage generating circuit |
| US7312650B2 (en) | 2004-10-19 | 2007-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Step-down voltage output circuit |
| US7494066B2 (en) | 2003-12-19 | 2009-02-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US7518431B2 (en) | 2004-09-28 | 2009-04-14 | Panasonic Corporation | Semiconductor integrated circuit for processing audio and video signals |
| US7759788B2 (en) | 2007-08-30 | 2010-07-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | Semiconductor device |
| US7932589B2 (en) | 2007-07-27 | 2011-04-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US8403231B2 (en) | 2006-12-25 | 2013-03-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and driving method thereof |
| JP2018121061A (en) * | 2018-02-14 | 2018-08-02 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
-
1992
- 1992-11-13 JP JP4303538A patent/JP3024399B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100239697B1 (en) * | 1996-09-16 | 2000-01-15 | 김영환 | DRAM back bias voltage generator |
| KR100320118B1 (en) * | 1997-02-03 | 2002-04-22 | 모리시타 요이찌 | Charge pump circuit and logic circuit |
| KR100347140B1 (en) * | 1999-12-31 | 2002-08-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | Voltage conversion circuit |
| KR100465248B1 (en) * | 2000-08-14 | 2005-01-13 | 미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤 | Substrate bias voltage generating circuit |
| US7942338B2 (en) | 2003-12-19 | 2011-05-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US7494066B2 (en) | 2003-12-19 | 2009-02-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US8313035B2 (en) | 2003-12-19 | 2012-11-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US7518431B2 (en) | 2004-09-28 | 2009-04-14 | Panasonic Corporation | Semiconductor integrated circuit for processing audio and video signals |
| US7312650B2 (en) | 2004-10-19 | 2007-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Step-down voltage output circuit |
| US8403231B2 (en) | 2006-12-25 | 2013-03-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and driving method thereof |
| US7932589B2 (en) | 2007-07-27 | 2011-04-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US8872331B2 (en) | 2007-07-27 | 2014-10-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US9412060B2 (en) | 2007-07-27 | 2016-08-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7759788B2 (en) | 2007-08-30 | 2010-07-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | Semiconductor device |
| JP2018121061A (en) * | 2018-02-14 | 2018-08-02 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3024399B2 (en) | 2000-03-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4581546A (en) | CMOS substrate bias generator having only P channel transistors in the charge pump | |
| US6121822A (en) | Charge pump circuit for generating a substrated bias | |
| JP2557271B2 (en) | Substrate voltage generation circuit in semiconductor device having internal step-down power supply voltage | |
| JP2805991B2 (en) | Substrate bias generation circuit | |
| JPH07303369A (en) | Internal voltage generator for semiconductor devices | |
| US6294948B1 (en) | Voltage pump with diode for pre-charge | |
| JPH05298885A (en) | Charge pump circuit | |
| JPH05217371A (en) | Substrate voltage generator charge pump circuit | |
| US6366482B1 (en) | Voltage conversion circuit | |
| US5412257A (en) | High efficiency N-channel charge pump having a primary pump and a non-cascaded secondary pump | |
| EP0066974B1 (en) | Improved substrate bias generator | |
| JP3024399B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
| JPH0748172B2 (en) | Microcomputer | |
| JP2000112547A (en) | Substrate voltage generation circuit and semiconductor integrated circuit device | |
| KR100294584B1 (en) | Substrate bias voltage generation circuit of semiconductor memory device | |
| JPH09294367A (en) | Voltage supply circuit | |
| JPH08205526A (en) | Internal voltage boosting circuit for semiconductor integrated circuit | |
| JPS61117859A (en) | Substrate pump circuit | |
| JPH0430207B2 (en) | ||
| JP4787671B2 (en) | Clock booster circuit | |
| JPH04343260A (en) | rectifier circuit | |
| KR940006072Y1 (en) | Back bias voltage generation circuit | |
| JPS6010656A (en) | Substrate bias generation circuit | |
| JPH0974742A (en) | Switching power supply circuit | |
| JP2672023B2 (en) | Substrate voltage generation circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |