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JPS5922247B2 - Electronic circuit using field effect semiconductor device - Google Patents
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JPS5922247B2 - Electronic circuit using field effect semiconductor device - Google Patents

Electronic circuit using field effect semiconductor device

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Publication number
JPS5922247B2
JPS5922247B2 JP51011988A JP1198876A JPS5922247B2 JP S5922247 B2 JPS5922247 B2 JP S5922247B2 JP 51011988 A JP51011988 A JP 51011988A JP 1198876 A JP1198876 A JP 1198876A JP S5922247 B2 JPS5922247 B2 JP S5922247B2
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JP
Japan
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charge pump
pump type
circuit
output
type element
Prior art date
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JP51011988A
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Inventor
俊男 和田
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電界効果半導体装置の電子回路に関し、とく
に共通の半導体基体に形成される電界効果トランジスタ
を用いた集積回路(MOS−IC)に係るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electronic circuit for a field effect semiconductor device, and particularly to an integrated circuit (MOS-IC) using field effect transistors formed on a common semiconductor substrate.

MOS−ICは高速動作せしめるために、通常外部電源
に+7〜15V程度の高電圧源と周辺回路との結合のた
めの+5V程度の電源を要する。
In order to operate at high speed, a MOS-IC usually requires an external power supply of a high voltage source of about +7 to 15V and a power supply of about +5V for coupling with peripheral circuits.

周辺の駆動用半導体装置および制御装置との整合を容易
にし、使用電源を統一して汎用性を得るため、MOS−
ICは外部から+5V程度の低電圧の単一電源を供給し
、且つ高速で動作せしめる必要がある。この方法を実現
するための先行技術は特願昭48−16325号明細書
に記示したように、MOS−IC内に本来の回路機能と
は別個に電源回路を設け、この電源回路で外部供電源よ
り高い電圧を発生し高速の回路機能を実現するものであ
る。MOS−IC内の回路機能の高速化には高電圧発生
と同時にMOS−IC内の構成要素の多量化に伴う過渡
電流に対する電圧安定化が必要である。したがつてこの
発明の目的は電源電圧の安定なMOS−IC内の内部電
源用電子回路(電源回路)を提供することにある。
MOS-
The IC needs to be supplied with a single power supply of a low voltage of about +5V from the outside and to be operated at high speed. As described in Japanese Patent Application No. 48-16325, the prior art for realizing this method is to provide a power supply circuit in a MOS-IC separate from the original circuit function, and use this power supply circuit to supply external power. It generates a voltage higher than the power supply and realizes high-speed circuit functions. To increase the speed of circuit functions within a MOS-IC, it is necessary to generate a high voltage and at the same time to stabilize the voltage against transient currents accompanying the increase in the number of components within the MOS-IC. Therefore, an object of the present invention is to provide an internal power supply electronic circuit (power supply circuit) within a MOS-IC with a stable power supply voltage.

この発明の電源回路は、外部から供給される電源の2端
子VDD、GNDにインバータ回路を接続し、該インバ
ータ回路の出力端に容量素子Csの一端子を結合し、該
容量素子の他端子をチャージポンプ型素子Qc、の出力
端に結合し、該チャージポンプ型素子の入力端および前
記インバータ回路の入力端に駆動信号を与え、前記チャ
ージポンプ型素子の出力端から他の電源出力VGGを生
ずるものである。
In the power supply circuit of the present invention, an inverter circuit is connected to two terminals VDD and GND of a power supply supplied from the outside, one terminal of a capacitive element Cs is coupled to the output terminal of the inverter circuit, and the other terminal of the capacitive element is connected to the output terminal of the inverter circuit. It is coupled to the output terminal of a charge pump type element Qc, provides a drive signal to the input terminal of the charge pump type element and the input terminal of the inverter circuit, and produces another power supply output VGG from the output terminal of the charge pump type element. It is something.

この発明の電子回路は、インバータ回路の出力に容量素
子を介してチャージポンプ型素子を結合し、この結合点
より直流電圧出力を得ることができる。
In the electronic circuit of the present invention, a charge pump type element is coupled to the output of an inverter circuit via a capacitive element, and a DC voltage output can be obtained from this coupling point.

この出力はチャージポンプ型素子による容量素子への充
電電圧をインバータ回路の切換作用で押上げて昇圧する
もので、チャージポンプ型素子が良好な電流源素子であ
り容量素子への蓄積電荷の充放電に対して効率的である
ため、きわめて電圧安定性の高いものである。次にこの
発明の特徴をより良く理解するために、この発明の実施
例につき図を用いて説明する。
This output boosts the voltage charged by the charge pump type element to the capacitive element by the switching action of the inverter circuit.The charge pump type element is a good current source element and is used to charge and discharge the accumulated charge in the capacitive element. Since it is efficient against voltage, it has extremely high voltage stability. Next, in order to better understand the characteristics of the present invention, embodiments of the present invention will be described using figures.

第1図はこの発明の第1の実施例の回路図である。この
実施例は外部電源の+5Vの高電位端子VDDとovの
基準端子GNDに負荷トランジスタQL、、QL。と容
量素子CBと駆動トランジスタQDとからなるブートス
トラップ型のインバータ回路を有する。ブートストラッ
プ型インバータ回路は特願昭48−16325号明細書
に引例があるため説明を省略するが、駆動トランジスタ
QDlのゲート電極への100KHzの繰返しパルス駆
動信号φの入力で出力端Aに+5V−0Vの反転パルス
を生じる。この出力端には容量素子Csの一端が接続し
、他端はチヤージポンプ型素子Qc,の出力端Bに結合
する。チヤージポンプ型素子QClのゲート電極はイン
バータ回路と同一の駆動信号φで駆動される。この実施
例には付帯回路として他のチヤージポンプ型素子QC2
と結合トランジスタQTとが設けられている。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the invention. In this embodiment, load transistors QL, . It has a bootstrap type inverter circuit including a capacitive element CB, and a drive transistor QD. The bootstrap type inverter circuit is cited in the specification of Japanese Patent Application No. 16325/1982, so the explanation will be omitted, but when a 100 KHz repetitive pulse drive signal φ is input to the gate electrode of the drive transistor QDl, +5V- is applied to the output terminal A. Generates an inverted pulse of 0V. One end of the capacitive element Cs is connected to this output end, and the other end is coupled to the output end B of the charge pump type element Qc. The gate electrode of the charge pump type element QCl is driven by the same drive signal φ as the inverter circuit. This embodiment includes another charge pump type element QC2 as an auxiliary circuit.
and a coupling transistor QT.

チヤージポンプ型素子QC2は、出力を基準端子GND
に結合し、ゲート電極を駆動信号φに接続する。この実
施例のトランジスタQLl,QL2,QD,QTおよび
チャージポンプ型素子QCl,QC2はいずれもNチャ
ンネル型電界効果半導体装置であり、同一のP型半導体
領域を基体領域として共有するため、この基体領域の電
位VSBは他のチヤージポンプ型素子QC2の動作で負
にバイアスされる。即ち、基体電位は外部からの供給電
圧ではなく、他のチヤージポンプ型素子QC2を駆動す
ることにより内部で発生する。結合トランジスタQTは
、ゲート電極およびドレインが高電圧発生用のチヤージ
ポンプ型素子Qc,の出力端Bに接続し、ソースは高電
圧出力線V。Gに結合する。この出力線VGGおよび基
体領域と基準端子GNDとの間には配線間容量、接合容
量等の寄生容量をも含めた容量素子C。,CSBがそれ
ぞれ電圧安定用に設けられている。この実施例によれば
、インバータ回路と一方のチヤージポンプ型素子QCl
とに同一の駆動信号φが与えられ、出力の2端A,Bが
容量素子Csで結合されているため、駆動信号φが+5
V程度の高電位の時に容量素子Csに約+4Vの充電が
生じる。
The charge pump type element QC2 connects the output to the reference terminal GND.
and connect the gate electrode to the drive signal φ. The transistors QLl, QL2, QD, QT and charge pump type elements QCl, QC2 of this embodiment are all N-channel field effect semiconductor devices, and since they share the same P-type semiconductor region as a base region, this base region The potential VSB of is biased negatively by the operation of another charge pump type element QC2. That is, the substrate potential is generated internally by driving another charge pump type element QC2, rather than by an externally supplied voltage. The coupling transistor QT has a gate electrode and a drain connected to an output terminal B of a charge pump type element Qc for high voltage generation, and a source connected to a high voltage output line V. Combines with G. A capacitive element C including parasitic capacitance such as inter-wiring capacitance and junction capacitance is provided between the output line VGG and the base region and the reference terminal GND. , CSB are provided for voltage stabilization. According to this embodiment, the inverter circuit and one charge pump type element QCl
Since the same drive signal φ is applied to both and the two output terminals A and B are coupled by the capacitive element Cs, the drive signal φ is +5
When the potential is as high as V, the capacitive element Cs is charged to about +4V.

すなわち、チャージポンプ型素子QClにゲートパルス
(駆動信号5V)が加わると、N型領域からゲート領域
へ電子が引き出され、パルス電圧が0Vのとき引き出さ
れた電子の一部が半導体基体側に放出されて失われるた
めN型領域の電位は上昇する(チャージポンプ効果)。
今、チヤージポンプ型素子Qc,が容量素子として機能
する時はそのしきい値電圧を約1Vとみることができる
ので、A点が0V電位の間にB点は約5−1=4Vにま
で上昇する。又、同時にQC7llよN型領域がGND
レベル(0V)に強制されているため、このチヤージポ
ンプ素子は電子が基体に逃げることによつて基体電位を
負方向に下降する。この時の電位は出力端Bが+4V1
出力端Aが0Vである。駆動信号が0Vの低電位に切変
ると駆動トランジスタQDおよびチヤージポンプ型素子
QClは11オプ5し、出力端Aが負荷トランジスタQ
L2によつて上昇し+5になり、出力端Bも同時に押上
げられて+9Vにまで上昇して高電圧出力を生じ、結合
トランジスタQTを介して容量素子CGを8.5〜9V
に充電する。容量素子C2の充電時に結合トランジスタ
QTは11オブ11状態となるため、駆動信号がパルス
、脈流等の繰り返し波形で与えられると、出力線VGG
には安定な直流高電圧出力が得られる。チヤージポンプ
型素子は電流源素子で、過負荷に対して充電能率が上昇
するため、出力の電圧安定性が高い。又、この実施例で
は、他のチャージポンプ型素子QC2が駆動信号φによ
り基体バイアスを生じるため、結合トランジスタQTの
電圧降下を低減し、且つチヤージポンプ型素子Qc,の
出力特性を効率化することができる。
That is, when a gate pulse (drive signal 5V) is applied to the charge pump type element QCl, electrons are extracted from the N-type region to the gate region, and when the pulse voltage is 0V, some of the extracted electrons are released to the semiconductor substrate side. The potential of the N-type region increases (charge pump effect).
Now, when the charge pump type element Qc, functions as a capacitive element, its threshold voltage can be considered to be about 1V, so while point A is at 0V potential, point B rises to about 5-1 = 4V. do. Also, at the same time, the N type region of QC7ll is connected to GND.
Since the charge pump element is forced to a level (0V), electrons escape to the substrate, thereby lowering the substrate potential in a negative direction. At this time, the potential at output terminal B is +4V1
Output terminal A is 0V. When the drive signal switches to a low potential of 0V, the drive transistor QD and the charge pump type element QCl become 11op5, and the output terminal A becomes the load transistor Q.
L2 causes the voltage to rise to +5, and the output terminal B is also simultaneously pushed up and rises to +9V, producing a high voltage output.
to charge. Since the coupling transistor QT is in the 11-of-11 state when the capacitive element C2 is charged, when the drive signal is given in a repetitive waveform such as a pulse or a pulsating current, the output line VGG
A stable DC high voltage output can be obtained. A charge pump type device is a current source device, and its charging efficiency increases against overload, so the output voltage stability is high. Further, in this embodiment, since the other charge pump type element QC2 generates a body bias by the drive signal φ, it is possible to reduce the voltage drop of the coupling transistor QT and to improve the efficiency of the output characteristics of the charge pump type element QC. can.

この理由は、チヤージポンプ型素子がN型領域の電位を
基体電位から相対的に正方向に引上げるものであるため
、チヤージポンプ型素子QC2のようにN型領域をGN
Dに強制すると基体電位は負にバイアスされる。MOS
トランジスタのゲートしきい値電圧VTは基体電位(V
suB)を増大するが、この上昇分ΔVTはf昂1に比
例するため、しだいに小さくなる。よつて基体バイアス
を利用した本実施例の結合トランジスタQTの電圧降下
は低減する。上述のようにこの実施例によれば、+5V
の外部供給電源から+8.5〜9Vの高電圧と−4V程
度の基体バイアスとを発生することができ、MOS−1
C内部に他の機能回路と共に収納されて、機能回路を高
速動作せしめることができ、MOS−1Cとしては外部
に単一電源のみの供給を許容することができる。第2図
はこの発明の第2の実施例のプロツク図である。
The reason for this is that the charge pump type element raises the potential of the N type region in a positive direction relative to the substrate potential.
Forcing D biases the substrate potential negatively. M.O.S.
The gate threshold voltage VT of the transistor is the base potential (V
suB), but since this increase ΔVT is proportional to f1, it gradually becomes smaller. Therefore, the voltage drop of the coupling transistor QT of this embodiment using the body bias is reduced. As mentioned above, according to this embodiment, +5V
A high voltage of +8.5 to 9V and a body bias of about -4V can be generated from the external power supply of MOS-1.
The MOS-1C can be housed together with other functional circuits to operate the functional circuits at high speed, and the MOS-1C can only be supplied with a single power source externally. FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the invention.

この実施例は、MOS−1Cの内部201に自励発振回
路202と、所要電源回路203と、機能回路204を
備え、外部電波の2端子VDD,GNDと入出力信号端
子1n,0utを外部端子として有する。入出力信号端
子1nラ0utは機能回路204に結合して所定の信号
処理を受ける。自励発振回路201は外部電源VDDの
供給でパルス駆動信号φを発振する。この駆動信号は前
実施例と同様な電源回路203を駆動し、高電圧VGG
および基体バイアスVSBを生じる。これらの電圧は外
部電源と共に機能回路204に与えられ、ここでの回路
動作を高速且つ効率化することができる。この実施例は
、前実施例のようにMOS−1Cからの電源系の導出端
子数を減少するだけでなく、駆動信号をも内部発生して
MOS−1Cの使用性を向上する。自励発振回路として
はリンクオンレター回路、非安定マルチパイプレーダー
回路、プロツキングオシレータ回路等が用いられる。第
3図はこの発明の更に他の実施例の回路図である。
This embodiment includes a self-excited oscillation circuit 202, a necessary power supply circuit 203, and a functional circuit 204 inside the MOS-1C, and connects two external radio wave terminals VDD, GND and input/output signal terminals 1n, 0ut to external terminals. have as. The input/output signal terminals 1n and 0ut are coupled to the functional circuit 204 and undergo predetermined signal processing. The self-excited oscillation circuit 201 oscillates a pulse drive signal φ by being supplied with an external power supply VDD. This drive signal drives the power supply circuit 203 similar to the previous embodiment, and the high voltage VGG
and body bias VSB. These voltages are applied to the functional circuit 204 together with an external power supply, and the circuit operation here can be made faster and more efficient. This embodiment not only reduces the number of lead-out terminals of the power supply system from the MOS-1C as in the previous embodiment, but also generates drive signals internally, thereby improving the usability of the MOS-1C. As the self-excited oscillator circuit, a link-on-letter circuit, an unstable multi-pipe radar circuit, a locking oscillator circuit, etc. are used. FIG. 3 is a circuit diagram of still another embodiment of the invention.

この実施例は外部電源の2端子V。D,GNDに負荷ト
ランジスタQL3と駆動トランジスタQD2とから成る
インバータ回路の電源端子を結合し、その出力端Nに容
量素子C′sの一端を接続し、他端をゲート電極が駆動
トランジスタのゲート電極に接続するチヤージポンプ型
素子QC3の出力端B′に接続する。この出力端には結
合トランジスタQT2のゲート電極およびドレインを結
合し、ソースを高電圧出力線VGGに接続する。出力線
V。Gと基準端子GNDとの間には容量C7Oが寄生的
に存在する。各トランジスタQL3,QO2,QT2お
よびチヤージポンプ型素子QC3の基体領域は共通で図
には示さないが基準端子GNDに接続する。この実施例
ではインバータ回路の負荷トランジスタQL3と駆動ト
ランジスタQD2のゲート電極に互いに相補的な駆動信
号φ,φを供給する。
In this embodiment, the external power supply has two terminals V. A power terminal of an inverter circuit consisting of a load transistor QL3 and a drive transistor QD2 is connected to D and GND, one end of a capacitive element C's is connected to its output terminal N, and the gate electrode of the other end is connected to the gate electrode of the drive transistor. The output terminal B' of the charge pump type element QC3 is connected to the output terminal B' of the charge pump type element QC3. The gate electrode and drain of the coupling transistor QT2 are coupled to this output terminal, and the source is connected to the high voltage output line VGG. Output line V. A capacitor C7O exists parasitically between G and the reference terminal GND. The base regions of each transistor QL3, QO2, QT2 and charge pump type element QC3 are common and connected to a reference terminal GND, although not shown in the figure. In this embodiment, mutually complementary drive signals φ and φ are supplied to the gate electrodes of the load transistor QL3 and the drive transistor QD2 of the inverter circuit.

容量素子C7sの充電は一方の駆動信号φの高レベルで
生じ、他方の駆動信号Wの高レベル時に負荷トランジス
タQL3の活性化で高電圧出力VGGを供出する。この
実施例では、負荷トランジスタQL3が駆動トランジス
タとは相補的に他方の駆動信号でi1オン11オ7゛さ
れるため、出力発生の効率が高く、且つインバータ回路
の消費電力を低減することができる。上にこの発明の実
施例を説明したが、実施例中のインバータ回路は電界効
果トランジスタを用いるものに限らず、バイポーラ型ト
ランジスタのような他の能動素子によるインバータ回路
に置換えることも単なる設計事項で可能である。
Charging of the capacitive element C7s occurs when one drive signal φ is at a high level, and when the other drive signal W is at a high level, the load transistor QL3 is activated to provide a high voltage output VGG. In this embodiment, since the load transistor QL3 is complementary to the drive transistor and is turned on by the other drive signal, the output generation efficiency is high and the power consumption of the inverter circuit can be reduced. . Although the embodiments of the present invention have been described above, the inverter circuits in the embodiments are not limited to those using field effect transistors, and it is also a matter of design that they may be replaced with inverter circuits using other active elements such as bipolar transistors. It is possible.

又、チヤージポンプ型素子と容量素子との駆動信号は必
ずしも同一とすることなく、チヤージポンプ型素子を駆
動トランジスタよりも高速パルスで駆動せしめてもよい
。又結合トランジスタはダイオードでもよく、瞬時値を
要するときにはこの回路接続は必須なものでもない。
Further, the drive signals for the charge pump type element and the capacitive element are not necessarily the same, and the charge pump type element may be driven with a faster pulse than the drive transistor. Further, the coupling transistor may be a diode, and this circuit connection is not essential when an instantaneous value is required.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の第1の実施例の回路図、第2図はこ
の発明の第2の実施例の回路図、第3図はこの発明の第
3の実施例の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of a third embodiment of the invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 外部から供給される電源にて動作するインバータ回
路の出力端に容量素子の一端子を結合し、該容量素子の
他端子をチャージポンプ型素子の出力端に結合し、該チ
ャージポンプ型素子の入力端および前記インバータ回路
の入力端に駆動信号を与え、前記チャージポンプ型素子
の出力端から上記電源とは値の異なる電圧出力を発生す
る電界効果半導体装置を用いた電子回路。
1. One terminal of a capacitive element is coupled to the output terminal of an inverter circuit that operates with an externally supplied power supply, the other terminal of the capacitive element is coupled to the output terminal of a charge pump type element, and the output terminal of the charge pump type element is An electronic circuit using a field effect semiconductor device that applies a drive signal to an input terminal and an input terminal of the inverter circuit, and generates a voltage output from an output terminal of the charge pump type element having a value different from that of the power supply.
JP51011988A 1976-02-05 1976-02-05 Electronic circuit using field effect semiconductor device Expired JPS5922247B2 (en)

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