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JP3692737B2 - Charge pump circuit - Google Patents
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JP3692737B2 JP30584997A JP30584997A JP3692737B2 JP 3692737 B2 JP3692737 B2 JP 3692737B2 JP 30584997 A JP30584997 A JP 30584997A JP 30584997 A JP30584997 A JP 30584997A JP 3692737 B2 JP3692737 B2 JP 3692737B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部(例えば電源ライン)から供給される電圧をチャージアップしてチャージアップ電圧を出力するチャージアップ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図11に従来のチャージポンプ回路の構成を示す。
電源ライン1にダイオード2を介して第1のコンデンサ3の+側端子が接続され、ダイオード2とコンデンサ3の+側端子の接続点からダイオード4を介して第2のコンデンサ5の+側端子が接続されている。コンデンサ3の−側端子は、インバータ8を介して発振器7の出力端子に接続され、コンデンサ5の−側端子は、インバータ9、10を介して発振器7の出力端子に接続されている。発振器7は、一定周波数の発振信号(クロック信号)を出力する。そして、ダイオード4とコンデンサ5の+側端子の接続点に接続された出力端子6から昇圧された電圧が出力される。なお、インバータ8〜10は、CMOS回路で構成されている。
【0003】
このような構成において、発振器7の出力がハイレベルのとき、インバータ8の出力がローレベルになるため、コンデンサ3の+側は、電源ライン1からダイオード2を介して電源電圧レベルに充電される。
この状態から発振器7の出力がローレベルに変化すると、インバータ8の出力がハイレベルになるため、コンデンサ3の−側が電源電圧になり、コンデンサ3の+側は、電源電圧を2倍したものからダイオード2の降下電圧VF を差し引いた電圧にチャージアップされる。
【0004】
また、発振器7の出力がローレベルのとき、インバータ10の出力はローレベルであるため、コンデンサ5の+側の電圧がコンデンサ3の+側の電圧からダイオード4の降下電圧VF を差し引いた電圧より低いと、コンデンサ3の+側の電荷がダイオード4の整流作用によってコンデンサ5の+側へ流れ、コンデンサ5の+側が、電源電圧を2倍したものからダイオード2、4での降下電圧2×VF を差し引いた電圧に充電される。
【0005】
次に、発振器7の出力がハイレベルになると、インバータ10の出力はハイレベルになり、コンデンサ5の−側が電源電圧になるため、コンデンサ5の+側は、電源電圧を3倍したものからダイオード2、4での降下電圧2×VF を差し引いた電圧にチャージアップされる。このチャージアップされた電圧が、出力端子6から、それに接続された負荷に供給される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のチャージポンプ回路においては、発振器7を外付けで設けているため、安定した所望のチャージアップ電圧を得るのが難しいという問題がある。例えば、発振器7の発振周波数が高い場合には、コンデンサ3、5の充放電が追いつかず、チャージアップ電圧が所望の電圧にならない。
【0007】
本発明は上記問題に鑑みたもので、安定した所望のチャージアップ電圧を得ることができるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明においては、第1、第2のコンデンサ(12a、12b)と、第1、第2の整流手段(11a、11b)とを備え、第1のコンデンサ(12a)の一方の端子側への充電と第2のコンデンサ(12b)の一方の端子側への充電を交互に行って第2のコンデンサ(12b)の一方の端子電圧をチャージアップ電圧とするチャージポンプ回路において、第1、第2の信号反転回路(14、15)を含む複数の信号反転回路(13〜15)がリング状に接続され、第1の信号反転回路(14)から第2の信号反転回路(15)の方向に信号が伝達されて発振動作を行うリング発振回路(100)を備え、第1のコンデンサ(12a)の他方の端子に第2の信号反転回路(15)の出力が接続され、第2のコンデンサ(12b)の他方の端子に第1の信号反転回路(14)の出力が接続されており、前記信号の伝達の遅延により、第1のコンデンサ(12a)の他方の端子の電位がローレベルになる前に、第2のコンデンサ(12b)の他方の端子の電位がハイレベルに移行するように構成され、第1のコンデンサ(12a)の他方の端子の電位がローレベルになったときに第2の整流手段(11b)の寄生容量によって第2のコンデンサ(12b)から第1のコンデンサ(12a)に電荷が引き抜かれるのを防止するようになっていることを特徴としている。
【0009】
この場合、複数の信号反転回路(13〜15)における異なる信号反転回路の出力が、第1のコンデンサ(12a)の他方の端子と第2のコンデンサ(12b)の他方の端子にそれぞれ接続されているので、リング発振回路(100)は、第1、第2コンデンサ(12a、12b)の充放電動作に合わせて発振動作を行う。このため、安定した所望のチャージアップ電圧を得ることができる。
【0012】
また、この請求項に記載の発明においては、第2の信号反転回路(15)の出力は第1の信号反転回路(14)の出力を反転させたものになるため、第2の信号反転回路(15)の出力がローレベルになったときに第2の整流手段(11b)の寄生容量によって第2のコンデンサ(12b)から第1のコンデンサ(12a)に電荷が引き抜かれのを防止することができ、チャージポンプ回路の効率を高めることができる。
【0013】
なお、リング発振回路(100)を構成する信号反転回路(13、14、15)は、請求項に記載の発明のように、インバータ(131、141、151)とバッファ(132、142、152)を有してそれぞれ構成することができる。この場合、請求項に記載の発明のように、インバータ(131、141、151)をNPNトランジスタ(131b、141b、151b)を有して構成し、このNPNトランジスタ(131b、141b、151b)のエミッタ、ベース間に抵抗(131d、141d、151d)を接続するようにすれば、NPNトランジスタ(131b、141b、151b)がオンからオフに変化するときベースから電荷を抜くことができるため、NPNトランジスタ(131b、141b、151b)のスイッチング速度を速め、高速動作が可能になる。
【0014】
また、請求項に記載の発明のように、バッファ(132、142、152)をNPNトランジスタ(132a、142a、152a)とPNPトランジスタ(132b、142b、152b)によりエミッタホロワ出力を行うように構成すれば、バッファ(132、142、152)での遅延を最小限に抑えることができるため、この場合も高速動作が可能になる。
【0015】
なお、上記した括弧内の符号は後述する実施形態に示す具体的手段との対応関係を示すものであり、第1、第2のコンデンサ、第1、第2の整流手段などに付した符号は、後述する実施形態における発明との関係部分を示すものであって、コンデンサおよび整流手段は2つに限らず、チャージポンプ回路の段数に応じて適宜その数が設定されるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1に本発明の第1実施形態にかかるチャージポンプ回路の構成を示す。
この実施形態においては、入力端子(電源端子)20と出力端子(昇圧端子)30の間に、ダイオード11a〜11dが直列接続され、第1のダイオード11aと第2のダイオード11bの接続点に第1のコンデンサ12aの+側端子が接続され、第2のダイオード11bと第3のダイオード11cの接続点に第2のコンデンサ12bの+側端子が接続され、第3のダイオード11cと第4のダイオード12dの接続点に第3のコンデンサ12cの+側端子が接続されている。
【0017】
また、第1のコンデンサ12aの−側端子には、信号反転回路13の出力が接続され、第2のコンデンサ12bの−側端子には、信号反転回路14の出力が接続され、第3のコンデンサ12cの−側端子には、信号反転回路15の出力が接続されている。信号反転回路13、14、15は、リング状に直列接続されてリングオシレータ(リング発振器)100を構成している。
【0018】
なお、信号反転回路13はインバータ131とバッファ132で構成され、同様に、信号反転回路14はインバータ141とバッファ142、信号反転回路15はインバータ151とバッファ152で構成されている。
上記構成において、その作動を説明する。
リングオシレータ100は、リング状に接続された奇数個の信号反転回路13、14、15によって発振動作を行う。ここで、信号反転回路13と信号反転回路14の接続点のノード101、信号反転回路14と信号反転回路15の接続点のノード102、信号反転回路15と信号反転回路13の接続点のノード103の信号波形は図2に示すようになる。なお、この図2の信号波形では、波形のなまりがないものとしている。
【0019】
今、ノード101がローレベルになると、コンデンサ12aは電源端子20から第1のダイオード11aを介して充電される。次に、ノード101がハイレベルになり、ノード102がローレベルになると、コンデンサ12aに充電された電荷はダイオード11bを介して第2のコンデンサ12bに移動する。
次に、ノード102がローレベルからハイレベルになり、ノード103がローレベルになると、コンデンサ12bに充電された電荷はダイオード11cを介して第3のコンデンサ12cに移動する。
【0020】
このようにリングオシレータ100の発振動作によって、第1のコンデンサ12aから第2のコンデンサ12bに電荷が移動し、さらに第3のコンデンサ12cに電荷が移動する。この電荷の移動により、第3のコンデンサ12bに、昇圧された電圧が生成される。
この場合、信号反転回路13、14、15の出力が第1、第2、第3のコンデンサ12a、12b、12cの−側端子にそれぞれ接続されているので、信号反転回路13、14、15の出力は、第1、第2、第3のコンデンサ12a、12b、12cの−側端子電位とそれぞれ一致して変化する。従って、リングオシレータ100は、第1、第2、第3のコンデンサ12a、12b、12cの充放電動作に合わせて発振動作を行うので、安定した所望のチャージアップ電圧を得ることができる。
(第2実施形態)
上記した第1実施形態では、ノード101がローレベルからハイレベルになって第1のコンデンサ12aから第2のダイオード11bを介して第2のコンデンサ12bに電荷が移動し、この後ノード102がハイレベルになる前に、ノード101はハイレベルからローレベルに移行している。
【0021】
このとき、ノード101と容量結合されたノード104の電位は、ノード101のレベル変動に伴い低下する。また、ノード104とノード105は、第2のダイオード11bの両端に発生する寄生容量により結合されているため、ノード105の電位もノード101のレベル変動により低下する。
従って、コンデンサ12aからコンデンサ12bに移動した電荷の一部は、コンデンサ12aに戻ってしまい、次段に伝達する電荷の量が減少することになる。同様に、ノード105とノード106も第3のダイオード11cの両端に発生する寄生容量により結合されているため、コンデンサ12bからコンデンサ12cに電荷を移動する場合も、伝達する電荷の量が減少することになる。このように伝達する電荷の量が減少すると、特に段数を上げた場合、チャージポンプ回路としての能力を低下させる原因になる。
【0022】
そこで、本実施形態では、そのような問題を解決した構成としてしている。
図3にその構成を示す。図1に示す構成と比較して、リングオシレータ100の信号伝達方向が逆になっている。なお、図では、リングオシレータ100を図1と同じにし、電源端子20、昇圧端子30間の信号伝達方向を図1と逆にしている。
【0023】
この図3に示す構成においてその作動を説明する。
今、ノード103がローレベルになると、コンデンサ12aは電源端子20から第1のダイオード11aを介して充電される。次に、ノード103がハイレベルになると、コンデンサ12aに充電された電荷はダイオード11bを介して第2のコンデンサ12bに移動する。
【0024】
ここで、ノード103の電位はノード102の電位を信号反転回路15で反転したものであり、その信号伝達に遅延があるため、図2の波形図に示すように、ノード103の電位がローレベルになる前に、ノード102の電位はハイレベルに移行している。
従って、第2のダイオード11bの寄生容量によってコンデンサ12bから電荷が引き抜かれる前に、コンデンサ12bからコンデンサ12cへの電荷の移動を完了させることができる。この動作は次段においても同様である。このことにより、第1実施形態よりも高効率なチャージポンプ回路とすることができる。
【0025】
次に、上記した第1、第2実施形態におけるリングオシレータ100の具体的な構成について説明する。
図4に、その具体的な回路構成を示す。信号反転回路13は、定電流回路または抵抗等で構成されたインピーダンス素子131a、NPNトランジスタ131b、抵抗等のインピーダンス素子131c、バッファ132で構成されている。なお、インピーダンス素子131a、NPNトランジスタ131b、インピーダンス素子131cにてインバータ131を構成している。
【0026】
同様に、信号反転回路14は、インピーダンス素子141a、NPNトランジスタ141b、インピーダンス素子141c、バッファ142で構成され、信号反転回路15は、インピーダンス素子151a、NPNトランジスタ151b、インピーダンス素子151c、バッファ152で構成されている。
このように構成することにより、NPNトランジスタ131b、141b、151bをそれぞれ交互にオンオフさせてリング発振させることができる。
【0027】
なお、図中の符号40、50は、このリングオシレータ100の電源端子、接地端子を示している。
図5に、さらにその具体的な構成を示す。この図5に示すものでは、定電流回路17を設け、インピーダンス素子131a、141a、151aをPNPトランジスタとし、定電流回路17中のPNPトランジスタ17aとカレントミラー回路を構成して定電流を流す構成になっている。なお、定電流回路17は、PNPトランジスタ17a、PNPトランジスタ17b、定電流源17cにて構成されている。
【0028】
また、インピーダンス素子131c、141c、151cは抵抗で構成され、さらにNPNトランジスタ131b、141b、151bのベース−エミッタ間には、抵抗131d、141d、151dがそれぞれ接続されている。これらの抵抗131〜151、131d〜151dによって、トランジスタ131b〜151bの動作点を変更することが可能である。また、抵抗131d、141d、151dを設けることによって、NPNトランジスタ131b、141b、151bがオンからオフに変化するとき、ベースから電荷を抜くことができるため、NPNトランジスタ131b、141b、151bのスイッチング速度を速めることができ、高速動作が可能になる。
【0029】
さらに、この図5に示す例においては、バッファ132をNPNトランジスタ132aとPNPトランジスタ132bにより構成している。同様に、バッファ142をNPNトランジスタ142aとPNPトランジスタ142bにより構成し、バッファ152をNPNトランジスタ152aとPNPトランジスタ152bにより構成している。この場合、各バッファをNPNトランジスタとPNPトランジスタとでエミッタホロワ出力を行う構成としているので、バッファでの遅延を最小限に抑えることができる。なお、各バッファを構成するNPNトランジスタとPNPトランジスタのそれぞれのベースの間に1個のダイオードもしくは直列接続した2個のダイオードを介在させた構成としてもよい。
【0030】
また、図5に示す構成に対し、図6に示すように、インバータを構成するトランジタ131a、141a、151a、131b、141b、151bを、PNP型とNPN型とで逆にすることもできる。
従来のチャージアップ回路では、チャージポンプ回路の能力を確保するため、MOS素子を用いているが、図5、図6に示す例のように、スイッチング速度の遅いバイポーラ素子を用いても、その遅延時間を有効に利用したリングオシレータ構成にすることによって、チャージポンプ回路の能力を十分確保することができる。
【0031】
なお、MOS素子を用いてリングオシレータ100を構成することもできる。図7に、Nチャネル型MOSトランジスタ131b’、141b’、151b’を用いて構成した例を示す。この場合、MOSトランジスタのゲートを保護するために、ツェナーダイオード131d’、141d’、151d’が設けられている。このようにMOSトランジスタ131b’、141b’、151b’を用いることにより、スイッチング速度を高めることができるため、発振周波数が高くなり、チャージポンプ回路の能力を高めることができる。
(第3実施形態)
第1、第2実施形態においては、インバータ131、141、151とバッファ132、142、152をそれぞれ直列に接続するものを示したが、図8に示すように、バッファ132、142、152をリングオシレータ100の各出力端子と各コンデンサの−側端子の間に配置するようにしてもよい。なお、この図8に示すものは、第2実施形態に対応するものであるが、第1実施形態においても同様に構成することができる。
【0032】
図8に示すものの具体的な構成を図9に示す。NPNトランジスタ131b、141b、151bのコレクタ電圧をそれぞれの次段のトランジスタのベースに供給するようにしてリング発振させるようにしている。なお、この図9に示すものは、図5の構成に対応して示しているが、図6、図7のように構成することもできる。
【0033】
なお、上記した種々の実施形態において、チャージポンプ回路の段数は3に限らず、4以上の段数で構成してもよい。また、信号反転回路の個数は、チャージポンプ回路の段数と個別に設定することができる。図10に、5段で昇圧した場合の構成を示す。図3に示す構成に対し、リングオシレータ100の構成は同じで、ダイオード11e、11f、コンデンサ12d、12eを追加し、図に示すような結線としている。
【0034】
また、整流手段としてダイオード11a〜11dを用いるものを示したが、整流作用を有するものであれば、バイポーラトランジスタ、MOSトランシタ等を用いて構成してもよい。
さらに、バッファ132、142、152を用いてリングオシレータ100を構成するものを示したが、インバータ131、141、151の出力容量が十分であればバッファ132、142、152を省略することも可能である。
【0035】
なお、上記した種々の実施形態において、出力端子30を接地し、電源端子20に負電圧を発生するように使用することも可能である。
また、リングオシレータ100の発振動作を止める場合には、例えばインバータ131のNPNトランジスタ131bのベース電位を別のNPNトランジスタを介し強制的にグランド電位にして、NPNトランジスタ131bを強制的にオフさせてやればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかるチャージポンプ回路の構成を示す図である。
【図2】図1中のリングオシレータ100の信号波形を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態にかかるチャージポンプ回路の構成を示す図である。
【図4】第1、第2実施形態に示すリングオシレータ100の具体的構成を示す図である。
【図5】図4に示すもののさらに具体的な構成を示す図である。
【図6】第1、第2実施形態に示すリングオシレータ100の他の具体的構成を示す図である。
【図7】第1、第2実施形態に示すリングオシレータ100のさらに他の具体的構成を示す図である。
【図8】本発明の第3実施形態にかかるチャージポンプ回路の構成を示す図である。
【図9】図8に示すものの具体的な構成を示す図である。
【図10】本発明のさらに他の実施形態を示すチャージポンプ回路の構成図である。
【図11】従来のチャージポンプ回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
11a〜11d…ダイオード、12a、、12b、12c…コンデンサ、
13〜15…信号反転回路、100…リングオシレータ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge-up circuit that charges up a voltage supplied from the outside (for example, a power supply line) and outputs a charge-up voltage.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 shows a configuration of a conventional charge pump circuit.
The positive side terminal of the first capacitor 3 is connected to the power supply line 1 via the diode 2, and the positive side terminal of the second capacitor 5 is connected via the diode 4 from the connection point of the positive side terminal of the diode 2 and the capacitor 3. It is connected. The negative terminal of the capacitor 3 is connected to the output terminal of the oscillator 7 via the inverter 8, and the negative terminal of the capacitor 5 is connected to the output terminal of the oscillator 7 via the inverters 9 and 10. The oscillator 7 outputs an oscillation signal (clock signal) having a constant frequency. Then, the boosted voltage is output from the output terminal 6 connected to the connection point between the diode 4 and the positive terminal of the capacitor 5. The inverters 8 to 10 are composed of CMOS circuits.
[0003]
In such a configuration, when the output of the oscillator 7 is at a high level, the output of the inverter 8 is at a low level. Therefore, the + side of the capacitor 3 is charged from the power supply line 1 to the power supply voltage level via the diode 2. .
When the output of the oscillator 7 changes to a low level from this state, the output of the inverter 8 becomes a high level. Therefore, the negative side of the capacitor 3 becomes the power supply voltage, and the positive side of the capacitor 3 starts from the doubled power supply voltage. It is charged up to a voltage obtained by subtracting the voltage drop V F of the diode 2.
[0004]
Further, when the output of the oscillator 7 is low, the output of the inverter 10 is at a low level, the voltage which the voltage of the positive side of the capacitor 5 is obtained by subtracting the voltage drop V F of the diode 4 from the voltage of the + side of the capacitor 3 If it is lower, the charge on the + side of the capacitor 3 flows to the + side of the capacitor 5 due to the rectifying action of the diode 4, and the + side of the capacitor 5 drops the voltage 2 × It is charged to a voltage obtained by subtracting the V F.
[0005]
Next, when the output of the oscillator 7 becomes a high level, the output of the inverter 10 becomes a high level, and the negative side of the capacitor 5 becomes the power supply voltage. It is charged up to a voltage obtained by subtracting the voltage drop 2 × V F at 2 and 4. This charged up voltage is supplied from the output terminal 6 to a load connected thereto.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional charge pump circuit described above, since the oscillator 7 is provided externally, there is a problem that it is difficult to obtain a stable desired charge-up voltage. For example, when the oscillation frequency of the oscillator 7 is high, charging and discharging of the capacitors 3 and 5 cannot catch up, and the charge-up voltage does not become a desired voltage.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to obtain a stable desired charge-up voltage.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first and second capacitors (12a, 12b) and the first and second rectifying means (11a, 11b) are provided. The charging of one terminal of the capacitor (12a) and the charging of one terminal of the second capacitor (12b) are alternately performed to charge one terminal voltage of the second capacitor (12b) as a charge-up voltage. In the charge pump circuit, a plurality of signal inverting circuits (13 to 15) including the first and second signal inverting circuits (14, 15) are connected in a ring shape, and are connected to the first signal inverting circuit (14). A ring oscillation circuit (100) that performs an oscillation operation by transmitting a signal in the direction of the second signal inversion circuit (15) is provided, and the second signal inversion circuit (15 ) is connected to the other terminal of the first capacitor (12a). output) is connected, the Of the other terminal of the capacitor (12b) and the output of the first signal inversion circuit (14) is connected, the delay of transmission of the signal, the potential of the other terminal of the first capacitor (12a) is at a low When the potential of the other terminal of the second capacitor (12b) is shifted to the high level before the level reaches the level, the potential of the other terminal of the first capacitor (12a) becomes the low level. In addition, the second capacitor (12b) is prevented from being pulled out of the second capacitor (12b) by the parasitic capacitance of the second rectifier (11b) .
[0009]
In this case, the outputs of the different signal inverting circuits in the plurality of signal inverting circuits (13 to 15) are respectively connected to the other terminal of the first capacitor (12a) and the other terminal of the second capacitor (12b). Therefore, the ring oscillation circuit (100) performs an oscillation operation in accordance with the charge / discharge operation of the first and second capacitors (12a, 12b). For this reason, a stable desired charge-up voltage can be obtained.
[0012]
In the first aspect of the present invention, the output of the second signal inversion circuit (15) is obtained by inverting the output of the first signal inversion circuit (14). When the output of the circuit (15) becomes low level, the parasitic capacitance of the second rectifier (11b) prevents the charge from being drawn from the second capacitor (12b) to the first capacitor (12a). And the efficiency of the charge pump circuit can be increased.
[0013]
The signal inverting circuit (13, 14, 15) constituting the ring oscillation circuit (100) includes the inverter (131, 141, 151) and the buffer (132, 142, 152) as in the second aspect of the invention. ) Can be configured respectively. In this case, as in the third aspect of the present invention, the inverter (131, 141, 151) includes the NPN transistors (131b, 141b, 151b), and the NPN transistors (131b, 141b, 151b) If a resistor (131d, 141d, 151d) is connected between the emitter and the base, the NPN transistor can be extracted from the base when the NPN transistor (131b, 141b, 151b) changes from on to off. The switching speed of (131b, 141b, 151b) is increased to enable high-speed operation.
[0014]
Further, as in the invention described in claim 4 , the buffer (132, 142, 152) is configured to perform an emitter follower output by the NPN transistor (132a, 142a, 152a) and the PNP transistor (132b, 142b, 152b). For example, the delay in the buffer (132, 142, 152) can be minimized, and in this case, high-speed operation is possible.
[0015]
In addition, the code | symbol in the above-mentioned parenthesis shows the correspondence with the specific means shown in embodiment mentioned later, and the code | symbol attached | subjected to the 1st, 2nd capacitor | condenser, the 1st, 2nd rectifier means, etc. FIG. 5 shows a portion related to the invention in an embodiment to be described later, and the number of capacitors and rectifying means is not limited to two, and the number is appropriately set according to the number of stages of the charge pump circuit.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a charge pump circuit according to a first embodiment of the present invention.
In this embodiment, diodes 11a to 11d are connected in series between an input terminal (power supply terminal) 20 and an output terminal (boost terminal) 30, and a first connection point between the first diode 11a and the second diode 11b is the first. The positive terminal of the first capacitor 12a is connected, the positive terminal of the second capacitor 12b is connected to the connection point of the second diode 11b and the third diode 11c, and the third diode 11c and the fourth diode. The positive terminal of the third capacitor 12c is connected to the connection point 12d.
[0017]
The output of the signal inverting circuit 13 is connected to the-side terminal of the first capacitor 12a, and the output of the signal inverting circuit 14 is connected to the-side terminal of the second capacitor 12b. The output of the signal inverting circuit 15 is connected to the negative terminal of 12c. The signal inverting circuits 13, 14, and 15 constitute a ring oscillator (ring oscillator) 100 that is connected in series in a ring shape.
[0018]
The signal inverting circuit 13 includes an inverter 131 and a buffer 132. Similarly, the signal inverting circuit 14 includes an inverter 141 and a buffer 142, and the signal inverting circuit 15 includes an inverter 151 and a buffer 152.
The operation of the above configuration will be described.
The ring oscillator 100 performs an oscillation operation by an odd number of signal inverting circuits 13, 14, 15 connected in a ring shape. Here, the node 101 at the connection point between the signal inverting circuit 13 and the signal inverting circuit 14, the node 102 at the connection point between the signal inverting circuit 14 and the signal inverting circuit 15, and the node 103 at the connection point between the signal inverting circuit 15 and the signal inverting circuit 13. The signal waveform is as shown in FIG. In the signal waveform of FIG. 2, it is assumed that there is no waveform rounding.
[0019]
Now, when the node 101 becomes low level, the capacitor 12a is charged from the power supply terminal 20 via the first diode 11a. Next, when the node 101 becomes high level and the node 102 becomes low level, the charge charged in the capacitor 12a moves to the second capacitor 12b through the diode 11b.
Next, when the node 102 changes from the low level to the high level and the node 103 changes to the low level, the charge charged in the capacitor 12b moves to the third capacitor 12c via the diode 11c.
[0020]
Thus, by the oscillation operation of the ring oscillator 100, the charge moves from the first capacitor 12a to the second capacitor 12b, and further, the charge moves to the third capacitor 12c. Due to the movement of the electric charge, a boosted voltage is generated in the third capacitor 12b.
In this case, the outputs of the signal inverting circuits 13, 14 and 15 are connected to the negative terminals of the first, second and third capacitors 12a, 12b and 12c, respectively. The output changes in accordance with the negative terminal potentials of the first, second, and third capacitors 12a, 12b, and 12c. Accordingly, the ring oscillator 100 performs an oscillating operation in accordance with the charging / discharging operation of the first, second, and third capacitors 12a, 12b, and 12c, so that a stable desired charge-up voltage can be obtained.
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the node 101 changes from the low level to the high level, the charge moves from the first capacitor 12a to the second capacitor 12b via the second diode 11b, and then the node 102 becomes high. Before reaching the level, the node 101 has transitioned from the high level to the low level.
[0021]
At this time, the potential of the node 104 that is capacitively coupled to the node 101 decreases as the level of the node 101 varies. In addition, since the node 104 and the node 105 are coupled by the parasitic capacitance generated at both ends of the second diode 11b, the potential of the node 105 also decreases due to the level fluctuation of the node 101.
Accordingly, a part of the charge transferred from the capacitor 12a to the capacitor 12b returns to the capacitor 12a, and the amount of charge transmitted to the next stage is reduced. Similarly, since the node 105 and the node 106 are also coupled by the parasitic capacitance generated at both ends of the third diode 11c, the amount of charge to be transmitted is reduced when the charge is transferred from the capacitor 12b to the capacitor 12c. become. When the amount of charge transmitted in this way decreases, particularly when the number of stages is increased, it causes a decrease in the ability as a charge pump circuit.
[0022]
Therefore, in the present embodiment, a configuration that solves such a problem is adopted.
FIG. 3 shows the configuration. Compared to the configuration shown in FIG. 1, the signal transmission direction of the ring oscillator 100 is reversed. In the figure, the ring oscillator 100 is the same as that in FIG. 1, and the signal transmission direction between the power supply terminal 20 and the boosting terminal 30 is opposite to that in FIG.
[0023]
The operation of the configuration shown in FIG. 3 will be described.
Now, when the node 103 becomes low level, the capacitor 12a is charged from the power supply terminal 20 via the first diode 11a. Next, when the node 103 becomes high level, the charge charged in the capacitor 12a moves to the second capacitor 12b via the diode 11b.
[0024]
Here, since the potential of the node 103 is obtained by inverting the potential of the node 102 by the signal inverting circuit 15 and there is a delay in signal transmission, the potential of the node 103 is low level as shown in the waveform diagram of FIG. Before becoming, the potential of the node 102 has shifted to a high level.
Accordingly, the charge transfer from the capacitor 12b to the capacitor 12c can be completed before the charge is extracted from the capacitor 12b by the parasitic capacitance of the second diode 11b. This operation is the same in the next stage. As a result, a charge pump circuit that is more efficient than the first embodiment can be obtained.
[0025]
Next, a specific configuration of the ring oscillator 100 in the first and second embodiments described above will be described.
FIG. 4 shows a specific circuit configuration thereof. The signal inverting circuit 13 includes an impedance element 131a configured by a constant current circuit or a resistor, an NPN transistor 131b, an impedance element 131c such as a resistor, and a buffer 132. The impedance element 131a, the NPN transistor 131b, and the impedance element 131c constitute an inverter 131.
[0026]
Similarly, the signal inverting circuit 14 includes an impedance element 141a, an NPN transistor 141b, an impedance element 141c, and a buffer 142. The signal inverting circuit 15 includes an impedance element 151a, an NPN transistor 151b, an impedance element 151c, and a buffer 152. ing.
With this configuration, the NPN transistors 131b, 141b, and 151b can be alternately turned on and off to cause ring oscillation.
[0027]
Reference numerals 40 and 50 in the figure denote a power supply terminal and a ground terminal of the ring oscillator 100.
FIG. 5 shows a more specific configuration. In the configuration shown in FIG. 5, the constant current circuit 17 is provided, the impedance elements 131a, 141a, 151a are PNP transistors, and the PNP transistor 17a in the constant current circuit 17 and the current mirror circuit are configured to flow a constant current. It has become. The constant current circuit 17 includes a PNP transistor 17a, a PNP transistor 17b, and a constant current source 17c.
[0028]
The impedance elements 131c, 141c, and 151c are composed of resistors, and resistors 131d, 141d, and 151d are connected between the bases and emitters of the NPN transistors 131b, 141b, and 151b, respectively. These resistors 131 c ~151 c, by 131D~151d, it is possible to change the operating point of the transistor 131B~151b. Further, by providing the resistors 131d, 141d, and 151d, when the NPN transistors 131b, 141b, and 151b change from on to off, charges can be extracted from the base, so that the switching speed of the NPN transistors 131b, 141b, and 151b is increased. It can be speeded up, and high-speed operation becomes possible.
[0029]
Further, in the example shown in FIG. 5, the buffer 132 is composed of an NPN transistor 132a and a PNP transistor 132b. Similarly, the buffer 142 is composed of an NPN transistor 142a and a PNP transistor 142b, and the buffer 152 is composed of an NPN transistor 152a and a PNP transistor 152b. In this case, since each buffer is configured to perform emitter follower output with an NPN transistor and a PNP transistor, the delay in the buffer can be minimized. In addition, it is good also as a structure which interposed one diode or two diodes connected in series between each base of the NPN transistor and PNP transistor which comprise each buffer.
[0030]
Further, as shown in FIG. 6, the transistors 131 a, 141 a, 151 a, 131 b, 141 b, and 151 b that constitute the inverter can be reversed between the PNP type and the NPN type, as shown in FIG. 6.
In the conventional charge-up circuit, a MOS element is used to ensure the capability of the charge pump circuit. However, even if a bipolar element having a slow switching speed is used as in the examples shown in FIGS. By adopting a ring oscillator configuration that makes effective use of time, the capability of the charge pump circuit can be sufficiently ensured.
[0031]
Note that the ring oscillator 100 can also be configured using MOS elements. FIG. 7 shows an example in which N-channel MOS transistors 131b ′, 141b ′, and 151b ′ are used. In this case, Zener diodes 131d ′, 141d ′, and 151d ′ are provided to protect the gate of the MOS transistor. As described above, by using the MOS transistors 131b ′, 141b ′, and 151b ′, the switching speed can be increased, so that the oscillation frequency is increased and the capability of the charge pump circuit can be increased.
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the inverters 131, 141, 151 and the buffers 132, 142, 152 are connected in series. However, as shown in FIG. 8, the buffers 132, 142, 152 are connected in a ring. You may make it arrange | position between each output terminal of the oscillator 100, and the-side terminal of each capacitor | condenser. The one shown in FIG. 8 corresponds to the second embodiment, but can be configured similarly in the first embodiment.
[0032]
A specific configuration of what is shown in FIG. 8 is shown in FIG. Ring oscillation is performed by supplying the collector voltages of the NPN transistors 131b, 141b, and 151b to the bases of the transistors of the next stage. 9 shows the structure corresponding to the structure shown in FIG. 5, but the structure shown in FIGS. 6 and 7 can also be used.
[0033]
In the various embodiments described above, the number of stages of the charge pump circuit is not limited to 3, and may be configured with 4 or more stages. The number of signal inverting circuits can be set individually with the number of stages of the charge pump circuit. FIG. 10 shows a configuration when boosted in five stages. The configuration of the ring oscillator 100 is the same as that shown in FIG. 3, and diodes 11e and 11f and capacitors 12d and 12e are added to form a connection as shown in the figure.
[0034]
Further, although the diodes 11a to 11d are used as the rectifying means, a bipolar transistor, a MOS transistor or the like may be used as long as it has a rectifying action.
Further, although the ring oscillator 100 is configured using the buffers 132, 142, and 152, the buffers 132, 142, and 152 can be omitted if the output capacity of the inverters 131, 141, and 151 is sufficient. is there.
[0035]
In the various embodiments described above, the output terminal 30 can be grounded and a negative voltage can be generated at the power supply terminal 20.
In order to stop the oscillation operation of the ring oscillator 100, for example, the base potential of the NPN transistor 131b of the inverter 131 is forcibly set to the ground potential via another NPN transistor, and the NPN transistor 131b is forcibly turned off. That's fine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a charge pump circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms of the ring oscillator 100 in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a charge pump circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration of the ring oscillator 100 shown in the first and second embodiments.
FIG. 5 is a diagram showing a more specific configuration of what is shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing another specific configuration of the ring oscillator 100 shown in the first and second embodiments.
FIG. 7 is a diagram showing still another specific configuration of the ring oscillator 100 shown in the first and second embodiments.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a charge pump circuit according to a third embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a specific configuration of what is shown in FIG.
FIG. 10 is a configuration diagram of a charge pump circuit showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional charge pump circuit.
[Explanation of symbols]
11a to 11d ... diodes, 12a, 12b, 12c ... capacitors,
13 to 15: Signal inversion circuit, 100: Ring oscillator.

Claims (4)

第1、第2のコンデンサ(12a、12b)と、
前記第1のコンデンサ(12a)の一方の端子側に充電を行う第1の整流手段(11a)と、
前記第1のコンデンサ(12a)の一方の端子側から前記第2のコンデンサ(12b)の一方の端子側に充電を行う第2の整流手段(11b)とを備え、
前記第1のコンデンサ(12a)の一方の端子側への充電と前記第2のコンデンサ(12b)の一方の端子側への充電を交互に行って前記第2のコンデンサ(12b)の一方の端子電圧をチャージアップ電圧とするチャージポンプ回路において、
第1、第2の信号反転回路(14、15)を含む複数の信号反転回路(13〜15)がリング状に接続され、前記第1の信号反転回路(14)から前記第2の信号反転回路(15)の方向に信号が伝達されて発振動作を行うリング発振回路(100)を備え、
前記第1のコンデンサ(12a)の他方の端子に前記第2の信号反転回路(15)の出力が接続され、前記第2のコンデンサ(12b)の他方の端子に前記第1の信号反転回路(14)の出力が接続されており、
前記信号の伝達の遅延により、前記第1のコンデンサ(12a)の他方の端子の電位がローレベルになる前に、前記第2のコンデンサ(12b)の他方の端子の電位がハイレベルに移行するように構成され、前記第1のコンデンサ(12a)の他方の端子の電位がローレベルになったときに前記第2の整流手段(11b)の寄生容量によって前記第2のコンデンサ(12b)から前記第1のコンデンサ(12a)に電荷が引き抜かれるのを防止するようになっていることを特徴とするチャージポンプ回路。
First and second capacitors (12a, 12b);
A first rectifying means (11a) for charging one terminal side of the first capacitor (12a);
Second rectifying means (11b) for charging from one terminal side of the first capacitor (12a) to one terminal side of the second capacitor (12b);
Charging one terminal side of the first capacitor (12a) and charging one terminal side of the second capacitor (12b) are alternately performed to one terminal of the second capacitor (12b). In a charge pump circuit using a voltage as a charge-up voltage,
A plurality of signal inversion circuits (13 to 15) including first and second signal inversion circuits (14, 15) are connected in a ring shape, and the second signal inversion is performed from the first signal inversion circuit (14). A ring oscillation circuit (100) that performs an oscillation operation when a signal is transmitted in the direction of the circuit (15) ;
The output of the second signal inversion circuit (15) is connected to the other terminal of the first capacitor (12a), and the other terminal of the second capacitor (12b) is connected to the first signal inversion circuit ( 14) is connected,
Due to the delay of the signal transmission, the potential of the other terminal of the second capacitor (12b) shifts to the high level before the potential of the other terminal of the first capacitor (12a) becomes the low level. When the potential of the other terminal of the first capacitor (12a) becomes a low level, the second capacitor (12b) causes the parasitic capacitance of the second capacitor (12b) to A charge pump circuit characterized in that it prevents the first capacitor (12a) from drawing out electric charges .
前記リング発振回路(100)を構成する信号反転回路(13、14、15)は、インバータ(131、141、151)とバッファ(132、142、152)を有してそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ回路。 The signal inversion circuit (13, 14, 15) constituting the ring oscillation circuit (100) includes an inverter (131, 141, 151) and a buffer (132, 142, 152), respectively. The charge pump circuit according to claim 1, wherein: 前記インバータ(131、141、151)は、NPNトランジスタ(131b、141b、151b)を有して構成されており、このNPNトランジスタ(131b、141b、151b)のエミッタ、ベース間に抵抗(131d、141d、151d)が接続されていることを特徴とする請求項2に記載のチャージポンプ回路。 The inverter (131, 141, 151) includes an NPN transistor (131b, 141b, 151b), and a resistor (131d, 141d) is connected between the emitter and base of the NPN transistor (131b, 141b, 151b). 151d) is connected to the charge pump circuit according to claim 2 . 前記バッファ(132、142、152)は、NPNトランジスタ(132a、142a、152a)とPNPトランジスタ(132b、142b、152b)によりエミッタホロワ出力を行うように構成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載のチャージポンプ回路。 Said buffer (132, 142, 152) is, NPN transistors (132a, 142a, 152a) and PNP transistors (132b, 142b, 152b) according to claim 2 or, characterized in that it is configured to perform emitter follower output by 3. The charge pump circuit according to 3 .
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