JP4787671B2 - Clock booster circuit - Google Patents
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Description
本発明は、クロック昇圧回路に関し、より詳細には、安定したウェル・バイアス電圧を発生させることが可能なウェル・バイアス電圧発生器を備えたクロック昇圧回路に関する。 The present invention relates to a clock booster circuit, and more particularly to a clock booster circuit including a well bias voltage generator capable of generating a stable well bias voltage.
近年、MD、ビデオ・カメラ、携帯電話等のポータブル電子機器で使われるLSIでは、最初に、小型化が求められ、さらに、バッテリーの持ちを長くするための低消費電力化、より複雑な演算を処理するための高速化、そして低コスト化が求められている。このような用途として、スイッチングしないときは電気を消費せず、したがって電気使用量が少なく、そのため発熱量が小さく集積度を上げやすいCMOS回路が通常使用される。さらに、CMOS回路を使用する場合でも、さらなる低消費電力化、あるいは使用する電池で稼働可能とするために、低電圧化が求められている。しかし、電源電圧を低くすると、MOSトランジスタやトランスファー・ゲートにおいて、MOSトランジスタのドライブ能力が下がることによりLSIの高速化が妨げられるという問題や、信号がトランスファー・ゲートを通過しないという問題が生じる。これらの問題を解決するため、低電圧動作LSIでは、クロック電位を昇圧して出力するクロック電圧昇圧回路(clock voltage doubler)がしばしば用いられる(たとえば、特許文献1の図7および図11を参照)。また、このようなクロック電圧昇圧回路において、出力段の昇圧側駆動トランジスタのIC基板上の構造に関連して、そのトランジスタのラッチアップ等を防止するために、そのトランジシタが配置されたウェルに対してバイアス電圧を供給することが行われている(たとえば、特許文献1および非特許文献1を参照)。
In recent years, LSIs used in portable electronic devices such as MDs, video cameras, and mobile phones are required to be downsized first, and furthermore, lower power consumption and more complicated calculations for longer battery life. There is a need for higher speed and lower cost for processing. As such an application, a CMOS circuit is generally used that does not consume electricity when it is not switched, and therefore uses a small amount of electricity. Furthermore, even when a CMOS circuit is used, a reduction in voltage is required in order to further reduce power consumption or enable operation with a battery to be used. However, when the power supply voltage is lowered, there arises a problem that the speed of LSI is hindered due to a decrease in the drive capability of the MOS transistor in the MOS transistor or transfer gate, and a problem that the signal does not pass through the transfer gate. In order to solve these problems, a low voltage operation LSI often uses a clock voltage doubler that boosts and outputs a clock potential (see, for example, FIG. 7 and FIG. 11 of Patent Document 1). . Further, in such a clock voltage booster circuit, in relation to the structure of the boost side drive transistor in the output stage on the IC substrate, in order to prevent latch-up of the transistor, the well in which the transistor is arranged is arranged. A bias voltage is supplied (see, for example,
また、これらの文献を参照して、さらに簡単化されたクロック電圧倍加回路も提案されている(たとえば、非特許文献2を参照)。 Further, a simplified clock voltage doubling circuit has been proposed with reference to these documents (see, for example, Non-Patent Document 2).
上述した非特許文献1では、バイアス電圧供給は、出力段の、電圧が昇圧された側で駆動するトランジスタへの駆動電圧供給と同じキャパシタから行われる。一方、上述した非特許文献2では、バイアス電圧供給は、異なる位相で駆動される異なるキャパシタを介して行われる。
In
図4は、非特許文献2で開示された、ウェル・バイアス電圧発生器を備えたクロック電圧倍加回路を示している。図中で、キャパシタC1、C2と、NMOSトランジスタM2M3(以後、単にM2、M3称す)、で構成される部分が、特許文献1で開示された部分であり、キャパシタC3とPMOSトランジスタM1(以後、単にM1と称す)の部分が、非特許文献2で開示されたウェル・バイアス電圧発生器の部分である。非特許文献1では、図中のPMOSトランジスタM1が、NMOSトランジスタM2とM3からなる回路の反対の極性のノードに接続されている。以下では、回路が、Nウェル(N-well)を備えたP型基板上に構成されるものとして、この動作を説明する。
FIG. 4 shows a clock voltage doubling circuit having a well bias voltage generator disclosed in Non-Patent
図4に示す回路において、クロック昇圧回路は、クロックCKの位相反転クロック信号CKNを作るインバータ回路1と、キャパシタC1〜2と、NMOSトランジスタM2、M3、M5(以後、単にM5と称す)と、PMOSトランジスタM4から構成される。上述したようにキャパシタC3とPMOSトランジスタM1は、主に(正確には、PMOSトランジスタM1自身を含めて)PMOSトランジシタM4(以後、単にM4と称する)がラッチアップするのを防止するためにそのウェル用のバイアス電圧を発生させるためのものである。なお、図では、このウェル用のバイアス電圧を供給する端子として、PMOSトランジスタM1とM4のバックゲートを示している。
In the circuit shown in FIG. 4, the clock booster circuit includes an
上記クロック昇圧回路の動作タイミング・チャートを図5に示し、これを用いて動作を説明する。ただし、図5のタイムチャートの開始時点、すなわちクロック入力前の初期状態では、キャパシタC1〜3の充電電圧は0Vであると仮定する。また、NMOSトランジスタのドレイン(図の上部)の電源電圧をVDDとし、グラウンド(接地)電圧をVSSとする。 The operation timing chart of the clock booster circuit is shown in FIG. 5, and the operation will be described using this chart. However, it is assumed that the charging voltage of the capacitors C1 to C3 is 0 V at the start of the time chart of FIG. 5, that is, in the initial state before clock input. Further, the power supply voltage of the drain (upper part of the drawing) of the NMOS transistor is set to VDD, and the ground (ground) voltage is set to VSS.
クロック信号CKの入力開始直後の区間(1)では、CKとCKNの電圧はそれぞれVDD、VSSとなり、ノードN7の電圧はVDDとなり、ノードN8の電圧はVSSとなる。このときNMOSトランジスタM2のソースがVSSで、そのゲートがVDDとなるため、NMOSトランジスタM2がオンして、キャパシタC1を充電する。C1の充電によりノードN8の電圧レベルがVSSから徐々に上昇し、この上昇分をV8とする。このときNMOSトランジスタM3は、ゲートが逆バイアスされており、オフしている。 In the section (1) immediately after the start of input of the clock signal CK, the voltages of CK and CKN are VDD and VSS, the voltage of the node N7 is VDD, and the voltage of the node N8 is VSS. At this time, since the source of the NMOS transistor M2 is VSS and the gate thereof is VDD, the NMOS transistor M2 is turned on to charge the capacitor C1. By charging C1, the voltage level of the node N8 gradually rises from VSS, and this rise is set to V8. At this time, the gate of the NMOS transistor M3 is reverse-biased and is off.
次の区間(2)では、CK、CKNの電圧はそれぞれVSS、VDDとなり、このときN8の電圧はCKNの電圧変化VDDとC2の充電電圧V8と合わせてVDD+V8となり、N8がゲートにつながるM3がオンしてキャパシタC2を充電する。C2の充電によりノードN7の電位がVSSから徐々に上昇し、この上昇分をV7とする。このとき、M2は、ゲートが逆バイアスされており、オフしている。 In the next section (2), the voltages of CK and CKN become VSS and VDD, respectively. At this time, the voltage of N8 becomes VDD + V8 together with the voltage change VDD of CKN and the charging voltage V8 of C2, and N8 is connected to the gate. M3 is turned on to charge the capacitor C2. Due to the charging of C2, the potential of the node N7 gradually rises from VSS, and this rise is set to V7. At this time, M2 is off because the gate is reverse-biased.
さらに次の区間(3)では、CKの電圧はVDD、N7の電圧はC2の充電電圧V7と合わせてVDD+V7となり、M2がオンしてC1を充電する。以下CKが位相反転するごとに同様の動作を繰り返し、次第にC1、C2に充電される電圧が上昇して、最終的にVDDとなり、N7、N8は逆相で2×VDD〜VDDの電圧範囲でスイングするクロックになる。 In the next section (3), the voltage of CK is VDD and the voltage of N7 is VDD + V7 together with the charging voltage V7 of C2, and M2 is turned on to charge C1. Thereafter, the same operation is repeated every time CK is phase-inverted, and the voltage charged to C1 and C2 gradually rises to finally become VDD, and N7 and N8 are in reverse phase and in a voltage range of 2 × VDD to VDD Become a swinging clock.
VSS〜2×VDDでスイングする信号を得るために、ノードN7とVSS間でPMOSとNMOSをシリーズに接続してインバータ回路を構成し、これらのゲートをCKNで駆動する構成としている。このインバータ回路の出力(PMOSとNMOSとの中点)からVSS〜2×VDDでスイングする信号DCKが得られる。この信号DCKは信号CKと同位相の信号である。ただし、M4が2×VDDの電圧を通すためには、M4のN-well電圧を2×VDDにまで上げる必要がある。このために、PMOSトランジスタM1とキャパシタC3が付加されている。M1は区間(1)、(2)でそれぞれオフ、オンし、オンしたときN8の電圧をVBに通し、以下CKがVSSになるたびにC3に充電する。つまりVBは時間経過とともに2×VDDまで昇圧される。したがってM4のN-well電圧が2×VDDとなって、これに関連する寄生回路が構成されることなく、またラッチアップを発生させずに、M4は、2×VDDの電位を通すことができるようになる。 In order to obtain a signal that swings between VSS and 2 × VDD, an inverter circuit is configured by connecting PMOS and NMOS in series between the node N7 and VSS, and these gates are driven by CKN. A signal DCK swinging from VSS to 2 × VDD is obtained from the output of the inverter circuit (the midpoint between PMOS and NMOS). This signal DCK is a signal having the same phase as the signal CK. However, in order for M4 to pass a voltage of 2 × VDD, it is necessary to increase the N-well voltage of M4 to 2 × VDD. For this purpose, a PMOS transistor M1 and a capacitor C3 are added. M1 is turned off and on in the sections (1) and (2), respectively, and when it is turned on, the voltage of N8 is passed through VB, and is charged to C3 each time CK becomes VSS. That is, VB is boosted to 2 × VDD over time. Therefore, the N-well voltage of M4 becomes 2 × VDD, and the M4 can pass the potential of 2 × VDD without forming a related parasitic circuit and without causing latch-up. It becomes like this.
クロック昇圧回路は、しばしば図3に示すようにクロックCK1を入力とする第1クロック昇圧回路と、CK1の位相反転クロック信号であるCK2をクロック入力とする第2クロック昇圧回路を含んで使用される。第1クロック昇圧回路の昇圧クロックDCK1と第2クロック昇圧回路の昇圧クロックDCK2は、逆相でVSS(ロー・レベル)〜2×VDD(ハイ・レベル)でスイングするクロックとなる。各クロック昇圧回路は、ラッチアップせずに安定した昇圧クロックを供給するために出力安定化回路、すなわち、上述したウェル・バイアス電圧発生器(図4におけるM1およびC3)を持つ。 As shown in FIG. 3, the clock booster circuit is often used including a first clock booster circuit that receives the clock CK1 as an input and a second clock booster circuit that uses CK2 that is a phase-inverted clock signal of CK1 as a clock input. . The boost clock DCK1 of the first clock booster circuit and the boost clock DCK2 of the second clock booster circuit are clocks that swing from VSS (low level) to 2 × VDD (high level) in reverse phase. Each clock booster circuit has an output stabilizing circuit, that is, the above-described well bias voltage generator (M1 and C3 in FIG. 4) in order to supply a stable boosted clock without latch-up.
各クロック昇圧回路の内部において、図4のN7の立ち上がりエッジとN8の立ち下がりエッジでは、インバータ回路1の遅延に起因して、N7の立ち上がりに少し遅れてN8の立ち下がりが開始する。このためN7とN8が中間電位となる期間があり、この間、M1が短時間ON状態になり、VBから中間電位のN7へ向けて微少電流が流れ、区間(4)に示すようなVBの電圧降下が生じる。この電圧降下を発生させる期間は短時間であるが、その後の区間(4)の期間は、N8の電位は下がっているため、VBに対してM1からの充電は行われず、VBは低下した電圧のまま維持されることになる。この低下したままの電圧期間に、それよりも高い電圧が、PMOSトランジスタM4のドレインに供給されることになる。その結果PMOSトランジスタM4のソース電圧、ドレイン電圧とバルク(バックゲート)電圧の間に電圧差が生じるために、図4のPMOSトランジスタM4の寄生バイポーラがオンし、そのため昇圧クロックDCK1、2のハイ・レベル出力が2×VDDから降下し、DCK1、2を受けて動作する回路が正しく動作しなくなったり、あるいは性能が低下したりする。このような回路の誤動作や性能の劣化を防ぐためには、VBの電圧降下をなくし、安定して2×VDDの電圧を出力する必要がある。あるいは、PMOSトランジスタM4のドレインに供給する電圧よりも低くない電圧をVB電圧とする必要がある。つまり、図4に示すキャパシタC3はVBの電圧降下を小さくすると同時に、PMOSトランジスタM4のドレインが高電圧駆動される期間に、それまでの高電圧を維持するために用いられている。
Within each clock booster circuit, at the rising edge of N7 and the falling edge of N8 in FIG. 4, due to the delay of the
ここで、キャパシタC3を大きくすることにより、図5の区間(4)におけるVBの電圧降下量を小さくすることができるが、その結果、基板上に占めるキャパシタC3の面積が増大し、またVBが2×VDDに到達するまでの立ち上がり時間が長くなる。また、VBからN7へ向けて微少電流が流れないように、クロックの位相を調整する(CKとCKNが共にハイにならない)回路を設けることが可能であるが、その場合、基板上にその回路用を設けるための余計な面積を必要とすることになる。 Here, by increasing the capacitor C3, the amount of voltage drop of VB in the section (4) of FIG. 5 can be reduced. As a result, the area of the capacitor C3 on the substrate increases, and VB is reduced. The rise time until reaching 2 × VDD becomes longer. In addition, it is possible to provide a circuit that adjusts the phase of the clock so that a minute current does not flow from VB to N7 (both CK and CKN do not become high). It will require an extra area to provide the service.
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、簡単な構成で面積が小さく、ウェル・バイアス電圧の立ち上がり時間が短く、安定した昇圧クロックを供給することが可能なクロック昇圧回路を提供することにある。また、本発明の別の目的は、余分な回路を必要とせずに、クロック昇圧回路に関連するウェル用に、安定したバイアス電圧を発生させるウェル・バイアス電圧発生器を備えたクロック昇圧回路を提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a clock booster circuit that can supply a stable booster clock with a simple configuration, a small area, a short rise time of a well bias voltage, and a stable booster clock. It is in. Another object of the present invention is to provide a clock booster circuit including a well bias voltage generator for generating a stable bias voltage for a well associated with the clock booster circuit without requiring an extra circuit. There is to do.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、クロック昇圧回路であって、供給される基本クロック信号を入力として昇圧したクロック信号を出力し、ウェル・バイアス電圧発生器を備える第1クロック昇圧回路と、前記第1のクロック昇圧回路と同様の構成を有し、前記基本クロック信号に対して位相反転クロック信号を入力として昇圧したクロック信号を出力する第2クロック昇圧回路とを備え、前記第1クロック昇圧回路中のウェル・バイアス電圧発生器の出力と、前記第2クロック昇圧回路中のウェル・バイアス電圧発生器の出力とが接続されていることを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problem, a first aspect of the present invention is a clock booster circuit that outputs a boosted clock signal using a supplied basic clock signal as an input, and includes a well bias voltage generator. A clock booster circuit; and a second clock booster circuit having a configuration similar to that of the first clock booster circuit and outputting a boosted clock signal with a phase-inverted clock signal as an input to the basic clock signal; The output of the well bias voltage generator in the first clock booster circuit and the output of the well bias voltage generator in the second clock booster circuit are connected.
また、請求項2に記載の発明は、供給される基本クロック信号と、当該基本クロック信号の位相反転クロック信号を入力し、基本クロック信号を昇圧側方向にレベル・シフトした第1レベル・シフト・クロック信号および位相反転クロック信号を前記昇圧側方向にレベル・シフトした第2レベル・シフト・クロック信号を出力するクロック・レベル・シフト回路と、前記第1レベル・シフト・クロック信号の前記昇圧側電位とグランド電位の範囲でスイングするクロック信号を出力する第1昇圧クロック出力回路と、前記第2レベル・シフト・クロック信号の前記昇圧側電位とグランド電位の範囲でスイングするクロック信号を出力する第2昇圧クロック出力回路と、前記2つのレベル・シフト・クロック信号を入力し、前記昇圧側電位の電圧を全波整流の形で生成する、2つのMOSトランジスタを含んで構成されるウェル・バイアス電圧発生器とを備えることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, a first level shift signal obtained by inputting a supplied basic clock signal and a phase inverted clock signal of the basic clock signal and level-shifting the basic clock signal in the boost side direction is provided. A clock level shift circuit for outputting a second level shift clock signal obtained by level shifting the clock signal and the phase-inverted clock signal in the boost side direction; and the boost side potential of the first level shift clock signal. And a first boost clock output circuit that outputs a clock signal that swings in the range of the ground potential, and a second clock signal that swings in the range of the boost side potential of the second level shift clock signal and the ground potential. The boost clock output circuit and the two level shift clock signals are input, and the voltage of the boost side potential is input. The generating in the form of full wave rectifier and is characterized in that it comprises two MOS transistors comprise constituted well bias voltage generator.
また、請求項3に記載の発明は、供給される基本クロック信号と、当該基本クロック信号の位相反転クロック信号を入力し、前記基本クロック信号を昇圧側方向にレベル・シフトした第1レベル・シフト・クロック信号および前記位相反転クロック信号を前記昇圧側方向にレベル・シフトした第2レベル・シフト・クロック信号を出力するクロック・レベル・シフト回路と、第1レベル・シフト・クロック信号の前記昇圧側電位とグランド電位の範囲でスイングするクロック信号を出力する第1昇圧クロック出力回路と、前記2つのレベル・シフト・クロック信号を入力し、前記昇圧側電位の電圧を全波整流の形で生成する、2つのMOSトランジスタを含んで構成されるウェル・バイアス電圧発生器とを備えることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a first level shift in which a basic clock signal to be supplied and a phase inverted clock signal of the basic clock signal are input, and the basic clock signal is level-shifted in the boost side direction. A clock level shift circuit that outputs a second level shift clock signal obtained by level shifting the clock signal and the phase-inverted clock signal in the boost side direction; and the boost side of the first level shift clock signal A first boost clock output circuit that outputs a clock signal that swings between a potential and a ground potential, and the two level shift clock signals are input, and the voltage of the boost side potential is generated in the form of full-wave rectification. And a well bias voltage generator including two MOS transistors.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載のクロック昇圧回路であって、前記ウェル・バイアス電圧発生器は、当該ウェル・バイアス電圧発生器の出力とグランドとの間にキャパシタを備え、前記2つのMOSトランジスタから前記昇圧側電位の電圧が供給されなくなった場合に、それまでに供給された電圧が実質的に維持されることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the clock booster circuit according to any one of the first to third aspects, wherein the well bias voltage generator includes an output of the well bias voltage generator and a ground. A capacitor is provided between the two MOS transistors, and when the voltage of the boost side potential is no longer supplied from the two MOS transistors, the voltage supplied so far is substantially maintained.
本発明によれば基板上の回路面積が小さく、安定した昇圧クロックを供給する、クロック昇圧回路が実現できるようになる。即ち、昇圧クロックを発生させるMOSトランジタのウェル用のバイアス電圧を、多くの時間期間に亘って発生させて、これにより、ウェル用のバイアス電圧の立ち上がり時間が短くするとともに、ウェル用のバイアス電圧源を低インピーダンス化して電圧そのものを安定化させ、最終的に安定した昇圧クロックを発生させることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to realize a clock boosting circuit that has a small circuit area on a substrate and supplies a stable boosting clock. That is, the bias voltage for the well of the MOS transistor that generates the boosting clock is generated over many time periods, thereby shortening the rise time of the bias voltage for the well and the bias voltage source for the well It is possible to stabilize the voltage itself and finally generate a stable boost clock.
以下、本発明のクロック昇圧回路について、図面を参照して説明する。 The clock booster circuit of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の詳細を説明する前に、本発明の概要を図1および図2を使用して説明する。 First, before describing the details of the present invention, the outline of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の第1の実施形態における2相のクロック昇圧回路の構成を示す図である。図中の第1および第2のクロック昇圧回路は、図4に示したような、ウェル・バイアス電圧発生器を備えたクロック昇圧回路である。これらを接続する線は、第1および第2のクロック昇圧回路内のウェル・バイアス電圧発生器が発生する電圧を接続することを示している。図4におけるウェル・バイアス電圧発生器は、入力するクロック信号CKがローのときに、VBのラインに高電圧を発生させて、キャパシタC3に充電する。言い換えれば、入力クロックCKの位相反転されたシフト信号を半波整流する。しかし、図1の構成の場合には、第1および第2のクロック昇圧回路中のウェル・バイアス電圧発生器それぞれ半波整流するが、合成すると、クロック昇圧回路の入力の位相が互いに反転しているので、全波整流することになる。即ち、図4のウェル・バイアス電圧のラインは位相反転クロック信号がハイの期間のみ電圧が生成され、ローの期間では、キャパシタC3の蓄積された電圧が維持されているだけであるのに対し、図1のウェル・バイアス電圧のラインは、基本的には、全期間に渡って、電圧が生成されることになる。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a two-phase clock booster circuit according to the first embodiment of the present invention. The first and second clock booster circuits in the figure are clock booster circuits having a well bias voltage generator as shown in FIG. The lines connecting them indicate that the voltages generated by the well bias voltage generators in the first and second clock booster circuits are connected. The well bias voltage generator in FIG. 4 generates a high voltage on the VB line and charges the capacitor C3 when the input clock signal CK is low. In other words, the half-wave rectification is performed on the phase-shifted shift signal of the input clock CK. However, in the case of the configuration of FIG. 1, the well bias voltage generators in the first and second clock booster circuits are half-wave rectified, but when combined, the input phases of the clock booster circuit are inverted from each other. Therefore, full-wave rectification will be performed. That is, the voltage of the well bias voltage line in FIG. 4 is generated only when the phase-inverted clock signal is high, and the voltage stored in the capacitor C3 is only maintained during the low period. The well bias voltage line in FIG. 1 basically generates a voltage over the entire period.
したがって、図1の構成では、図4のキャパシタC3の役割は原理的には不要になるが、実際には、クロックの位相差や立ち上がり/立ち下がり時間が存在するので、その間の電圧を維持して、M4のドレインよりも常にVBを高い電圧に維持する場合には必要となる。図1に示す構成の場合、CK1とCK2が、完全に位相反転した信号の場合、図5を使用して説明したVBの電圧降下そのものは発生するが、実際にVB電圧として必要な、M4のドレイン電圧が高電圧となった場合の電圧としては、同じ位相で同じ電圧がVBのラインに発生されるので、電圧降下した電圧がそのまま維持されることはなく、電圧降下直後には、電圧降下前の電圧、即ちM4のドレインにほぼ等しい電圧に復帰することになる。簡単に言えば、M4が必要とするときに、必要なVBが、そのバックゲート(Nウェル)に供給されることになる。 Therefore, in the configuration of FIG. 1, the role of the capacitor C3 of FIG. 4 is not necessary in principle, but in reality, since there is a clock phase difference and rise / fall time, the voltage between them is maintained. Therefore, it is necessary when VB is always maintained at a higher voltage than the drain of M4. In the case of the configuration shown in FIG. 1, when CK1 and CK2 are completely phase-inverted signals, the VB voltage drop described with reference to FIG. 5 occurs, but the M4 voltage actually required as the VB voltage is generated. As the voltage when the drain voltage becomes a high voltage, the same voltage is generated in the VB line in the same phase, so the voltage drop voltage is not maintained as it is, and immediately after the voltage drop, the voltage drop It will return to the previous voltage, ie, a voltage approximately equal to the drain of M4. Simply put, when M4 needs it, the necessary VB will be supplied to its back gate (N well).
図5に示した電圧降下の発生そのものの値を低減する役目を有するキャパシタを設けたとしても、同じ効果を得るために容量は、共通化することができる。このため、同じ容量のキャパシタとした場合、図5に示したVB電圧の立ち上がりを、全波整流することになるために1/2とすることができる。 Even if a capacitor having the role of reducing the value of the voltage drop occurrence itself shown in FIG. 5 is provided, the capacitance can be shared in order to obtain the same effect. For this reason, when capacitors having the same capacitance are used, the rise of the VB voltage shown in FIG. 5 can be halved because full-wave rectification is performed.
図2は、本発明の第2の実施形態における2相のクロック昇圧回路の構成を示す図であり、図1の構成における第1および第2のクロック昇圧回路中の同様の信号ラインを共通にして整理し、全体の素子数を低減した構成を示す図である。たとえば、図4におけるインバータ回路1や、キャパシタC1、C2、NMOSトランジスタM2、M3の部分を、クロック・レベル・シフト回路として共通とすることができる。共通化できないのは、PMOSトランジスタM1、M4とNMOSトランジスタM5の部分だけである。この部分は、図2では、第1昇圧クロック出力回路および第2昇圧クロック出力回路に相当する。この構成は、第1図に示す構成と同じ機能(作用、効果)を有しながらも、素子数を低減することができる構成である。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the two-phase clock booster circuit according to the second embodiment of the present invention. The same signal lines in the first and second clock booster circuits in the configuration of FIG. 1 are shared. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration in which the total number of elements is reduced. For example, the
この構成において、キャパシタの容量を図4に示す構成の場合と同じとした場合、これによって図5を使用して説明したVBの電圧降下量そのものの変化は無いものの、VB電圧の立ち上がり時間を1/2とすることができる。このことについては、図8を使用した実際の回路例において、さらに後述する。 In this configuration, if the capacitance of the capacitor is the same as that in the configuration shown in FIG. 4, the rise time of the VB voltage is set to 1 although there is no change in the amount of voltage drop of VB described with reference to FIG. / 2. This will be further described later in an actual circuit example using FIG.
前述した図4に示す構成では、出力DCKがロー出力時の期間のみに、ウェル・バイアス電圧を発生させている。しかし、上述した本発明の思想を図4図に適用して、ウェル・バイアス電圧を全波整流させる構成とすることができることが当業者には理解されよう。たとえば、新たにPMOSトランジスタを設けて、このドレインをM3のソースに、ゲートをN8に、ソースをVBに接続する。なお、当然ながら、この新たなPMOSトランジスタのバック・ゲート(Nウェル)も、発生させたウェル・バイアス電圧とすることが必要である。この場合も、図5におけるC3の容量を同じとした場合においても、VBの電圧降下量そのものが低減することはできないが、その立ち上がり時間を1/2とすることができる。 In the configuration shown in FIG. 4 described above, the well bias voltage is generated only during the period when the output DCK is a low output. However, those skilled in the art will understand that the above-described idea of the present invention can be applied to FIG. 4 so that the well bias voltage is full-wave rectified. For example, a new PMOS transistor is provided, and the drain is connected to the source of M3, the gate is connected to N8, and the source is connected to VB. Of course, the back gate (N well) of this new PMOS transistor also needs to have the generated well bias voltage. Also in this case, even when the capacitance of C3 in FIG. 5 is the same, the voltage drop amount of VB itself cannot be reduced, but the rise time can be halved.
(第1の実施形態のクロック昇圧回路例)
図6は、上述した本発明の第1の実施形態のクロック昇圧回路例を示す図である。
(Example of clock booster circuit of the first embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing an example of the clock booster circuit according to the first embodiment of the present invention described above.
この第1実施形態に係るクロック昇圧回路は、図6に示すように基本クロック信号CK1を入力として昇圧したクロック信号DCK1を出力する第1クロック昇圧回路と、この第1クロック昇圧回路と同じ構成で、CK1の位相反転クロック信号CK2を入力として昇圧したクロック出力信号DCK2を出力する第2クロック昇圧回路と、を備え、これら二つの回路のそれぞれのウェル・バイアス電圧発生器の出力電圧を接続し、それぞれのウェル・バイアス電圧発生器のキャパシタを、共通のキャパシタC3とした。第1クロック昇圧回路は、クロックCK1の位相反転クロック信号CK1Nを作るインバータ回路11と、キャパシタC11〜12と、NMOSトランジスタM12、M13、M15と、PMOSトランジスタM11、M14と、から構成され、第2クロック昇圧回路は、クロックCK2の位相反転クロック信号CK2Nを作るインバータ回路21と、キャパシタC21〜22と、NMOSトランジスタM22、M23、M25と、PMOSトランジスタM21、M24と、から構成される。これらの2つの回路それぞれは、キャパシタC3を除き、図4の回路と同じである。 The clock booster circuit according to the first embodiment has the same configuration as the first clock booster circuit, as shown in FIG. 6, and a first clock booster circuit that outputs a boosted clock signal DCK1 with the basic clock signal CK1 as an input. And a second clock booster circuit that outputs a clock output signal DCK2 boosted with the phase-inverted clock signal CK2 of CK1 as an input, and connects the output voltages of the respective well bias voltage generators of these two circuits, The capacitor of each well bias voltage generator is a common capacitor C3. The first clock booster circuit includes an inverter circuit 11 that generates a phase-inverted clock signal CK1N of the clock CK1, capacitors C11 to C12, NMOS transistors M12, M13, and M15, and PMOS transistors M11 and M14. The clock booster circuit includes an inverter circuit 21 that generates a phase inverted clock signal CK2N of the clock CK2, capacitors C21 to C22, NMOS transistors M22, M23, and M25, and PMOS transistors M21 and M24. Each of these two circuits is the same as the circuit of FIG. 4 except for the capacitor C3.
上記クロック昇圧回路の動作タイミング・チャートを図7に示し、これを用いて動作を説明する。ただし、クロック入力前の初期状態では、各キャパシタの充電電圧は0Vとする。 An operation timing chart of the clock booster circuit is shown in FIG. 7, and the operation will be described using this chart. However, in the initial state before the clock input, the charging voltage of each capacitor is 0V.
はじめに第1クロック昇圧回路の動作について説明する。 First, the operation of the first clock booster circuit will be described.
クロック信号CK1の入力開始直後の区間(1)では、CK1とCK1Nの電圧はそれぞれVDD、VSSとなり、ノードN17の電圧はVDDとなり、ノードN8の電圧はVSSとなる。このときNMOSトランジスタM12のソースがVSSで、そのゲートがVDDとなるため、NMOSトランジスタM12がオンして、キャパシタC11を充電する。C11の充電によりノードN18の電圧レベルがVSSから徐々に上昇し、この上昇分をV18とする。このときNMOSトランジスタM13は、ゲートが逆バイアスされており、オフしている。 In the section (1) immediately after the start of input of the clock signal CK1, the voltages of CK1 and CK1N are VDD and VSS, the voltage of the node N17 is VDD, and the voltage of the node N8 is VSS. At this time, since the source of the NMOS transistor M12 is VSS and the gate thereof is VDD, the NMOS transistor M12 is turned on to charge the capacitor C11. The voltage level of the node N18 gradually rises from VSS due to charging of C11, and this rise is set to V18. At this time, the gate of the NMOS transistor M13 is reverse-biased and is off.
次の区間(2)では、CK1、CK1Nの電圧はそれぞれVSS、VDDとなり、このときN18の電圧はCK1Nの電圧変化VDDとC12の充電電圧V18と合わせてVDD+V18となり、N18がゲートにつながるM13がオンしてキャパシタC12を充電する。C12の充電によりノードN17の電位がVSSから徐々に上昇し、この上昇分をV17とする。このときM12はオフしている。 In the next section (2), the voltages of CK1 and CK1N become VSS and VDD, respectively. At this time, the voltage of N18 becomes VDD + V18 in combination with the voltage change VDD of CK1N and the charging voltage V18 of C12, and N18 is connected to the gate. M13 is turned on to charge the capacitor C12. Due to the charging of C12, the potential of the node N17 gradually rises from VSS, and this rise is set to V17. At this time, M12 is off.
さらに次の区間(3)では、第1クロック昇圧回路のN17の電圧はC12の充電電圧V17と合わせてVDD+V17となり、M12がオンしてC11を充電する。以下CKが位相反転するごとに同様の動作を繰り返し、次第にキャパシタに充電される電圧が上昇して、最終的にVDDとなり、N17、 N18は逆相で2×VDD〜VDDの電圧範囲でスイングするクロックになる。 Further, in the next section (3), the voltage of N17 of the first clock booster circuit becomes VDD + V17 together with the charging voltage V17 of C12, and M12 is turned on to charge C11. Thereafter, the same operation is repeated every time CK is phase-inverted, and the voltage charged in the capacitor gradually increases to finally become VDD, and N17 and N18 swing in the voltage range of 2 × VDD to VDD in reverse phase. Become a clock.
昇圧クロック信号DCK1をVSS〜2×VDDでスイングさせるために、DCK1とN17とを、PMOSトランジスタM14をはさんで接続し、区間(1)でNMOSトランジスタM15をオフしこのときDCK1に2×VDDの電圧を通すためにM14をオンし、区間(2)でM15をオンしてVSSにフォースし、このときN17からVSSへ流れる電流をカットするためにM14をオフしている。ただし、M14が2×VDDの電圧を通すためには、M14のN-well電圧を2×VDDに上げる必要がある。このために、PMOSトランジスタM11を用いる。M11は区間(1)、(2)でそれぞれオフ、オンし、オンしたときN18の電圧をVBに通し、以下CK1がVSSになるたびにC13に充電する。つまりVBは時間経過とともに2×VDDまで昇圧され、M14に2×VDDの電位を通すことができるようになる。 In order to swing the boost clock signal DCK1 between VSS and 2 × VDD, DCK1 and N17 are connected across the PMOS transistor M14, and the NMOS transistor M15 is turned off in the section (1). M14 is turned on in order to pass the voltage, and M15 is turned on in the section (2) to force VSS, and at this time, M14 is turned off to cut the current flowing from N17 to VSS. However, in order for M14 to pass a voltage of 2 × VDD, it is necessary to increase the N-well voltage of M14 to 2 × VDD. For this purpose, the PMOS transistor M11 is used. M11 is turned off and on in the sections (1) and (2), respectively, and when it is turned on, the voltage of N18 is passed through VB, and is charged to C13 every time CK1 becomes VSS. That is, VB is boosted to 2 × VDD with time, and the potential of 2 × VDD can be passed through M14.
一方、第2クロック昇圧回路はCK1の位相反転クロック信号CK2を入力として第1クロック昇圧回路と同様に動作する。 On the other hand, the second clock booster circuit operates in the same manner as the first clock booster circuit with the phase inverted clock signal CK2 of CK1 as an input.
本実施形態は、PMOSトランジスタM14とM24のN−wellを接続し、共通のキャパシタC3を用いることが可能になる。また、VBが2×VDDになった後はM11とM21は交互にオンし互いにVBの電圧降下を補うように動作するため、キャパシタの電圧維持機能への依存が少なく、VBは電圧降下しにくくなるとともに、VB電圧ラインそのものが低インピーダンス化されて、外部ノイズ等による影響を受けなくなる。また、基本的には、昇圧クロック出力が高電圧出力するときに、その高電圧を供給するPMOSトランジスタのソース電位からバイアス電圧を生成するので、バイアス電圧とPMOSトランジスタのソース電位との間に、問題にすべき電位差が生ずることが基本的には無くなることになる。 In the present embodiment, it is possible to connect the N-wells of the PMOS transistors M14 and M24 and use a common capacitor C3. Also, after VB reaches 2 × VDD, M11 and M21 are turned on alternately and operate so as to compensate for the voltage drop of VB, so there is little dependency on the voltage maintaining function of the capacitor, and VB is less likely to drop. At the same time, the impedance of the VB voltage line itself is lowered and is not affected by external noise or the like. Basically, when the boosted clock output is a high voltage output, a bias voltage is generated from the source potential of the PMOS transistor that supplies the high voltage, and therefore, between the bias voltage and the source potential of the PMOS transistor, The potential difference that should be a problem is basically eliminated.
また、キャパシタC3を付加する場合であっても、その容量を少なくすることが可能になり、電圧維持機能としてもキャパシタを個々に持つ場合に比べて面積を小さくできる。また、この場合、立ち上がり時はM11とM21は交互にオンしてキャパシタC3に充電しにいくため、キャパシタを個々に持つ場合に比べてVBが2×VDDとなるまでの時間が短くなる。 In addition, even when the capacitor C3 is added, the capacity can be reduced, and the area can be reduced as compared with the case where the capacitor is individually provided as the voltage maintaining function. Further, in this case, M11 and M21 are alternately turned on at the time of rising, and the capacitor C3 is charged, so that the time until VB becomes 2 × VDD is shorter than in the case where each capacitor is individually provided.
以上説明したように、この第1実施形態では、同じ構成のクロック昇圧回路を互いに位相反転しているクロックを入力して、それぞれのクロック昇圧回路内のウェル・バイアス電圧発生器の出力を接続したので、問題のある電圧降下が無く、安定したウェル・バイアスとすることができ、また、基本的にはキャパシタを不要とすることができる。また、より安定化させるために、キャパシタをウェル・バイアス電圧ラインに設ける場合であっても、小さくすることが可能となる。また、従来と同じ目的で同じ容量のキャパシタを付加する場合であっても、そのための容量は1つ分で足りることになり、個々に持つ場合に比べて面積が小さく、立ち上がり時間が短く、電圧降下の小さい昇圧クロックを出力することができる。 As described above, in the first embodiment, the clock booster circuits having the same configuration are input with clocks whose phases are inverted, and the outputs of the well bias voltage generators in the respective clock booster circuits are connected. Therefore, there is no problematic voltage drop, a stable well bias can be obtained, and a capacitor can be basically eliminated. In order to further stabilize the capacitor, it is possible to reduce the size even when the capacitor is provided in the well bias voltage line. In addition, even when a capacitor having the same capacity is added for the same purpose as in the conventional case, the capacity for that purpose is sufficient, and the area is smaller, the rise time is shorter than the case of having individual capacitors, and the voltage A boost clock with a small drop can be output.
また、この実施形態において、CK1の信号のハイ期間とCK2の信号のロー期間が、オーバーラップするように位相を調整した場合、一方のウェル・バイアス発生器で電圧降下を生成する状態になったとしても、他方ではその電圧降下を打ち消すような動作をすることになるので、図5の(4)に示す電圧降下を実質的に発生しないVB電圧とすることができる。この場合であっても、VB電圧ラインに付加するキャパシタは、そのラインの高域インピーダンスを低くし、外部ノイズによる影響を少なくする効果を有する。 Further, in this embodiment, when the phase is adjusted so that the high period of the CK1 signal and the low period of the CK2 signal overlap, a voltage drop is generated in one well bias generator. However, on the other hand, since the operation is performed to cancel the voltage drop, the VB voltage that does not substantially generate the voltage drop shown in (4) of FIG. 5 can be obtained. Even in this case, the capacitor added to the VB voltage line has the effect of reducing the high-frequency impedance of the line and reducing the influence of external noise.
(第2の実施形態のクロック昇圧回路例)
本発明の第2実施形態のクロック昇圧回路例について、図8を参照して説明する。
(Example of clock booster circuit of the second embodiment)
An example of the clock booster circuit according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
この第2実施形態に係るクロック昇圧回路は、図8に示すように基本クロック信号CK1とCK1の位相反転クロック信号CK2を入力としてレベル・シフトしたレベル・シフト・クロック信号N7、N8を出力するクロック・レベル・シフト回路と、VSS〜2×VDDでスイングするDCK1を出力する第1昇圧クロック出力回路と、VSS〜2×VDDでスイングするDCK2を出力する第2昇圧クロック出力回路と、を備え、これら2つの回路のそれぞれのウェル・バイアス電圧発生器の出力電圧を接続し、それぞれのウェル・バイアス電圧発生器のキャパシタを共通のキャパシタC3とした。クロック・レベル・シフト回路は、キャパシタC1〜2と、NMOSトランジスタM2、M3と、から構成され、第1昇圧クロック出力回路は、NMOSトランジスタM5と、PMOSトランジスタM1、M4と、から構成され、第2昇圧クロック出力回路は、NMOSトランジスタM8と、PMOSトランジスタM6、M7と、から構成される。 As shown in FIG. 8, the clock booster circuit according to the second embodiment is a clock that outputs level-shifted clock signals N7 and N8 that are level-shifted with the phase-inverted clock signal CK2 of the basic clock signals CK1 and CK1 as inputs. A level shift circuit, a first boost clock output circuit that outputs DCK1 that swings between VSS and 2 × VDD, and a second boost clock output circuit that outputs DCK2 that swings between VSS and 2 × VDD, The output voltages of the well bias voltage generators of these two circuits are connected, and the capacitor of each well bias voltage generator is a common capacitor C3. The clock level shift circuit includes capacitors C1 and C2 and NMOS transistors M2 and M3. The first boost clock output circuit includes NMOS transistor M5 and PMOS transistors M1 and M4. The 2-boost clock output circuit includes an NMOS transistor M8 and PMOS transistors M6 and M7.
上記クロック昇圧回路の動作タイミング・チャートを図9に示し、これを用いて動作を説明する。ただし、クロック入力前の初期状態では、各キャパシタの充電電圧は0Vとする。 The operation timing chart of the clock booster circuit is shown in FIG. 9, and the operation will be described using this chart. However, in the initial state before the clock input, the charging voltage of each capacitor is 0V.
クロック信号CK1、CK2の入力開始直後の区間(1)では、CK1とCK2の電圧はそれぞれVDD、VSSとなり、ノードN7の電圧はVDDとなり、ノードN8の電圧はVSSとなる。このときNMOSトランジスタM2のソースがVSSで、そのゲートがVDDとなるため、NMOSトランジスタM2がオンして、キャパシタC1を充電する。C11の充電によりノードN8の電圧レベルがVSSから徐々に上昇し、この上昇分をV8とする。このときNMOSトランジスタM3は、ゲートが逆バイアスされており、オフしている。 In the section (1) immediately after the start of input of the clock signals CK1 and CK2, the voltages of CK1 and CK2 are VDD and VSS, the voltage of the node N7 is VDD, and the voltage of the node N8 is VSS. At this time, since the source of the NMOS transistor M2 is VSS and the gate thereof is VDD, the NMOS transistor M2 is turned on to charge the capacitor C1. The voltage level of the node N8 gradually rises from VSS due to charging of C11, and this rise is set to V8. At this time, the gate of the NMOS transistor M3 is reverse-biased and is off.
次の区間(2)では、CK1、CK2の電圧はそれぞれVSS、VDDとなり、このときN8の電圧はCK2の電圧変化VDDとC2の充電電圧V8と合わせてVDD+V8となり、N8がゲートにつながるM3がオンしてキャパシタC2を充電する。C2の充電によりノードN7の電位がVSSから徐々に上昇し、この上昇分をV7とする。このときM2はオフしている。 In the next section (2), the voltages of CK1 and CK2 are VSS and VDD, respectively. At this time, the voltage of N8 is VDD + V8 in combination with the voltage change VDD of CK2 and the charging voltage V8 of C2, and N8 is connected to the gate. M3 is turned on to charge the capacitor C2. Due to the charging of C2, the potential of the node N7 gradually rises from VSS, and this rise is set to V7. At this time, M2 is off.
さらに次の区間(3)では、第1クロック昇圧回路のN7の電圧はC2の充電電圧V7と合わせてVDD+V7となり、M2がオンしてC1を充電する。以下CKが位相反転するごとに同様の動作を繰り返し、次第にキャパシタに充電される電圧が上昇して、最終的にVDDとなり、N7、 N8は逆相で2×VDD〜VDDの電圧範囲でスイングするクロックになる。 Further, in the next section (3), the voltage of N7 of the first clock booster circuit becomes VDD + V7 together with the charging voltage V7 of C2, and M2 is turned on to charge C1. Thereafter, the same operation is repeated every time CK is phase-inverted, and the voltage charged in the capacitor gradually increases to finally become VDD, and N7 and N8 swing in the voltage range of 2 × VDD to VDD in reverse phase. Become a clock.
昇圧クロック信号DCK1をVSS〜2×VDDでスイングさせるために、DCK1とN7とを、PMOSトランジスタM4をはさんで接続し、区間(1)でNMOSトランジスタM5をオフしこのときDCK1に2×VDDの電圧を通すためにM4をオンし、区間(2)でM5をオンしてVSSにフォースしこのときN7からVSSへ流れる電流をカットするためにM4をオフしている。ただし、M4が2×VDDの電圧を通すためには、M4のN-well電圧を2×VDDに上げる必要がある。このために、PMOSトランジスタM1を用いる。M1は区間(1)、(2)でそれぞれオフ、オンし、オンしたときN8の電圧をVBに通し、以下CK1がVSSになるたびにC3に充電する。つまりVBは時間経過とともに2×VDDまで昇圧され、M4に2×VDDの電位を通すことができるようになる。 In order to swing the boost clock signal DCK1 between VSS and 2 × VDD, DCK1 and N7 are connected across the PMOS transistor M4, and the NMOS transistor M5 is turned off in the section (1). At this time, DCK1 is supplied with 2 × VDD. M4 is turned on in order to pass the voltage, and M5 is turned on in the section (2) to force VSS, and at this time, M4 is turned off to cut the current flowing from N7 to VSS. However, in order for M4 to pass a voltage of 2 × VDD, it is necessary to increase the N-well voltage of M4 to 2 × VDD. For this purpose, the PMOS transistor M1 is used. M1 is turned off and on in the sections (1) and (2), respectively, and when it is turned on, the voltage of N8 is passed through VB and is charged to C3 every time CK1 becomes VSS. That is, VB is boosted to 2 × VDD as time passes, and the potential of 2 × VDD can be passed through M4.
一方、昇圧クロック信号DCK2をVSS〜2×VDDでスイングさせるために、DCK2とN8とを、PMOSトランジスタM7をはさんで接続し、区間(1)でM8をオンしてVSSにフォースしこのときN8からVSSへ流れる電流をカットするためにM7をオフし、区間(2)でNMOSトランジスタM8をオフしこのときDCK1に2×VDDの電圧を通すためにM4をオンしている。ただし、M7が2×VDDの電圧を通すためには、M7のN-well電圧を2×VDDにまで上げる必要がある。このために、PMOSトランジスタM6を用いる。M6は区間(1)、(2)でそれぞれオフ、オンし、オンしたときN7の電圧をVBに通し、以下CK2がVSSになるたびにC3に充電する。つまりVBは時間経過とともに2×VDDまで昇圧される。したがってM4のN-well電圧が2×VDDとなって、これに関連する寄生回路が構成されることなく、またラッチアップを発生させずに、M7は2×VDDの電位を通すことができるようになる。 On the other hand, in order to swing the boost clock signal DCK2 between VSS and 2 × VDD, DCK2 and N8 are connected across the PMOS transistor M7, and M8 is turned on in the section (1) to force VSS. M7 is turned off to cut the current flowing from N8 to VSS, and the NMOS transistor M8 is turned off in section (2). At this time, M4 is turned on to pass a voltage of 2 × VDD to DCK1. However, in order for M7 to pass a voltage of 2 × VDD, it is necessary to increase the N-well voltage of M7 to 2 × VDD. For this purpose, a PMOS transistor M6 is used. M6 is turned off and on in the sections (1) and (2), respectively, and when it is turned on, the voltage of N7 is passed through VB, and thereafter C3 is charged every time CK2 becomes VSS. That is, VB is boosted to 2 × VDD over time. Therefore, the N-well voltage of M4 becomes 2 × VDD so that M7 can pass the potential of 2 × VDD without forming a related parasitic circuit and without causing latch-up. become.
本実施形態はPMOSトランジスタM4とM6のN−wellを接続し、共通のキャパシタC3を用いることが可能になる。また、VBが2×VDDになった後はM4とM6は交互にオンし互いにVBの電圧降下を補うように動作するため、図4と同様な構成とする場合に比べてVBの電圧降下を無視可能な程度にすることができる。 In the present embodiment, it is possible to connect the N-wells of the PMOS transistors M4 and M6 and use a common capacitor C3. Further, after VB becomes 2 × VDD, M4 and M6 are alternately turned on and operate so as to compensate for the voltage drop of VB. Therefore, the voltage drop of VB is smaller than that in the case of the same configuration as in FIG. Can be negligible.
また、キャパシタC3を付加する場合であっても、その容量を少なくすることが可能になり、電圧維持機能としてもキャパシタを個々に持つ場合に比べて面積を小さくできる。また、この場合、立ち上がり時はM4とM6は交互にオンしてキャパシタC3に充電しにいくため、キャパシタを個々に持つ場合に比べてVBが2×VDDとなるまでの時間が短くなる。 In addition, even when the capacitor C3 is added, the capacity can be reduced, and the area can be reduced as compared with the case where the capacitor is individually provided as the voltage maintaining function. Further, in this case, M4 and M6 are alternately turned on at the time of rising, and the capacitor C3 is charged, so that the time until VB becomes 2 × VDD is shorter than in the case where each capacitor is individually provided.
なお、図8において、M1とM4、M6とM7を、図4の構成に類似させて、それぞれ組み合わせているが、反対に、M1とM7、M6とM4を組み合わせても、最終的な回路構成が同様になる。 In FIG. 8, M1 and M4 and M6 and M7 are combined in a manner similar to the configuration in FIG. 4, but conversely, even if M1 and M7 and M6 and M4 are combined, the final circuit configuration Is the same.
また、上述した図6の回路例の場合、図4と図5を使用して説明したVBを低下させるタイミングも、2つの回路では互いに異なるタイミングであり、CK1とCK2の位相を微調することによって、互いに打ち消すようにすることができる。たとえば、M11がVBの電圧を降下させるような動作をするタイミングでは、M21がVBの電圧を発生させることで、全ての期間に亘って、VB電圧を発生させるように動作させることができる。この場合、電圧降下を起こさせる電流値よりも、電圧を発生させる能力の方が大きいので、実質的にこの電圧降下を無視することができる程度に低減することができる。 In the case of the circuit example of FIG. 6 described above, the timing at which VB is reduced as described with reference to FIGS. 4 and 5 is also different from each other in the two circuits, and by finely adjusting the phases of CK1 and CK2. , Can cancel each other. For example, at the timing at which M11 operates to lower the voltage of VB, M21 can generate the VB voltage, and can be operated to generate the VB voltage over the entire period. In this case, since the ability to generate a voltage is greater than the current value that causes the voltage drop, the voltage drop can be reduced to a level that can be substantially ignored.
また、図8の回路例の場合は、図4と図5を使用して説明したVBを低下させるタイミングも、CK1とCK2が同時にハイとならないように位相調整することで無くすことができる。また、CK1のインバータ出力をCK2とした場合であっても、キャパシタの容量を2倍にすることで、電圧降下を1/2とすることができ、この場合であっても、両波整流する形になるので、VBの立ち上がりを増加させずに済むことになる。したがって、1/2となった電圧降下が悪影響を与えない限り、VB電圧が大部分の時間で発生させられるので、ノイズなどによってVBの低下が発生することも避けることができる。 In the case of the circuit example of FIG. 8, the timing for lowering VB described with reference to FIGS. 4 and 5 can also be eliminated by adjusting the phase so that CK1 and CK2 do not simultaneously become high. Even when the inverter output of CK1 is CK2, the voltage drop can be halved by doubling the capacitance of the capacitor. Even in this case, both waves are rectified. Therefore, it is not necessary to increase the rise of VB. Therefore, as long as the voltage drop of 1/2 does not adversely affect the VB voltage, the VB voltage is generated in most of the time. Therefore, it is possible to avoid the decrease in VB due to noise or the like.
以上説明したように、この第2実施形態では、回路が省略されているが、互いに反転した位相関係にあるレベル・シフト・クロック信号を使用して全波整流の形で、ウェル・バイアス電圧を発生させるので、すなわち、位相の互いに異なる昇圧クロックを生じさせるPMOSトランジスタのソース電圧それぞれからVB電圧を生成するので、問題を生じさせる電圧降下を防止することが可能になる。また、VBラインに図4のキャパシタC3と同じ容量のキャパシタを付加した場合であっても、同容量のキャパシタとすることができ、この場合、キャパシタを個々に持つ場合に比べて面積が小さく、立ち上がり時間が短く、電圧降下の小さい昇圧クロックを出力することができる。 As described above, in the second embodiment, the circuit is omitted, but the well bias voltage is set in the form of full-wave rectification using level-shifted clock signals that are in phase relations reversed to each other. Since it is generated, that is, the VB voltage is generated from each source voltage of the PMOS transistor that generates boosted clocks having different phases, it is possible to prevent a voltage drop that causes a problem. In addition, even when a capacitor having the same capacity as the capacitor C3 in FIG. 4 is added to the VB line, the capacitor can have the same capacity. In this case, the area is smaller than the case where the capacitors are individually provided, A boost clock with a short rise time and a small voltage drop can be output.
(その他の説明)
以上の説明では、Nウェル(N-well)を備えたP型基板上に構成された回路を例として取り上げて説明したが、同様な思想が、Pウェル(P-well)を備えたN型基板上に構成された回路にも適用可能であることは、当業者には理解されよう。
(Other explanation)
In the above description, a circuit configured on a P-type substrate having an N-well has been described as an example. However, the same idea is applied to an N-type having a P-well. Those skilled in the art will understand that the present invention can also be applied to a circuit formed on a substrate.
上記のように、クロック昇圧回路の各実施形態では、その構成素子としてMOSトランジスタを使用した場合について説明したが、回路の一部分あるいは全部がMOSトランジスタ以外の回路要素、たとえばバーポーラ・トランジスタ等の素子で実現しても良い。 As described above, in each embodiment of the clock booster circuit, the case where a MOS transistor is used as the constituent element has been described. It may be realized.
M2、M3、M5、M8、M12、M13、M15、M22、M23、M25 NMOSトランジスタ
M1、M4、M6、M11、M14、M21、M24 PMOSトランジスタ
C1、C2、C3、C11、C12、C21、C22 キャパシタ
CK、CK1、CK2 クロック
DCK、DCK1、DCK2 昇圧クロック
VB ウェル・バイアス電圧
M2, M3, M5, M8, M12, M13, M15, M22, M23, M25 NMOS transistors M1, M4, M6, M11, M14, M21, M24 PMOS transistors C1, C2, C3, C11, C12, C21, C22 capacitors CK, CK1, CK2 Clock DCK, DCK1, DCK2 Boost clock VB Well bias voltage
Claims (4)
前記第1のクロック昇圧回路と同様の構成を有し、前記基本クロック信号に対して位相反転クロック信号を入力として昇圧したクロック信号を出力する第2クロック昇圧回路と
を備え、
前記第1クロック昇圧回路中のウェル・バイアス電圧発生器の出力と、前記第2クロック昇圧回路中のウェル・バイアス電圧発生器の出力とが接続されていることを特徴とするクロック昇圧回路。 A first clock booster circuit that outputs a boosted clock signal using a supplied basic clock signal as an input and includes a well bias voltage generator;
A second clock booster circuit having a configuration similar to that of the first clock booster circuit and outputting a boosted clock signal with a phase-inverted clock signal as an input to the basic clock signal;
An output of a well bias voltage generator in the first clock booster circuit and an output of a well bias voltage generator in the second clock booster circuit are connected.
前記第1レベル・シフト・クロック信号の前記昇圧側電位とグランド電位の範囲でスイングするクロック信号を出力する第1昇圧クロック出力回路と、
前記第2レベル・シフト・クロック信号の前記昇圧側電位とグランド電位の範囲でスイングするクロック信号を出力する第2昇圧クロック出力回路と、
前記2つのレベル・シフト・クロック信号を入力し、前記昇圧側電位の電圧を全波整流の形で生成する、2つのMOSトランジスタを含んで構成されるウェル・バイアス電圧発生器と
を備えることを特徴とするクロック昇圧回路。 The supplied basic clock signal and the phase-inverted clock signal of the basic clock signal are input, and the first level shift clock signal and the phase-inverted clock signal obtained by level-shifting the basic clock signal in the direction of the boost side A clock level shift circuit for outputting a second level shift clock signal level shifted in the direction;
A first boost clock output circuit that outputs a clock signal that swings in a range of the boost side potential and ground potential of the first level shift clock signal;
A second boost clock output circuit that outputs a clock signal that swings in a range of the boost side potential and the ground potential of the second level shift clock signal;
A well bias voltage generator configured to include two MOS transistors that receive the two level shift clock signals and generate the voltage of the boost side potential in the form of full-wave rectification. A clock booster circuit.
第1レベル・シフト・クロック信号の前記昇圧側電位とグランド電位の範囲でスイングするクロック信号を出力する第1昇圧クロック出力回路と、
前記2つのレベル・シフト・クロック信号を入力し、前記昇圧側電位の電圧を全波整流の形で生成する、2つのMOSトランジスタを含んで構成されるウェル・バイアス電圧発生器と
を備えることを特徴とするクロック昇圧回路。 The supplied basic clock signal and the phase inverted clock signal of the basic clock signal are input, and the first level shifted clock signal obtained by level-shifting the basic clock signal in the boosting direction and the phase inverted clock signal are A clock level shift circuit for outputting a second level shift clock signal level-shifted in the boost side direction;
A first boost clock output circuit that outputs a clock signal that swings in a range between the boost side potential and the ground potential of the first level shift clock signal;
A well bias voltage generator configured to include two MOS transistors that receive the two level shift clock signals and generate the voltage of the boost side potential in the form of full-wave rectification. A clock booster circuit.
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