包含升壓電路的電子器件的製作方法
2023-06-30 00:48:56
專利名稱：包含升壓電路的電子器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及包含升壓電路的電子器件，更具體地，本發明涉及包含工作原理與Dickson電荷泵升壓電路相同的升壓電路的電子器件。
技術背景近年來，減小了電子器件的電源電壓，以實現其功率消耗的減小。 所以，升壓電路需要實現從低電壓的增加。例如，雖然非易失性存儲器 電路EEPROM需要約為18V的高電壓作為存儲器的升高電壓，但是電 源電壓等於或小於2.0V。用於EEPROM的升壓電^各通常為Dickson電 荷泵升壓電路。為了獲得高升壓效率，Dickson電荷泵升壓電路要求增 加升壓級的數量，因此電路規模變大。因此，提出來一種進一步改進的 升壓電路(例如，JP 07-079561 A)。圖5示出了常規的Dickson電荷泵升壓電i 各。常規的Dickson電荷泵升壓電路具有這樣的結構，其中多個升壓單 元串聯連接在電源端VIN和升壓功率輸出端VOUT之間，每個升壓單 元包括輸入端IN和輸出端OUT,以及NMOS電晶體NTO，其中NMOS 電晶體NTO作為輸出級電晶體並且是二極體接法的。各個升壓單元具有相同的結構。例如，升壓單元CP01包括電荷轉 移NMOS電晶體NT1,用於對NMOS電晶體NT1的柵極端進行充放電 的NMOS電晶體NTGl,升壓電容器Cl,以及用於增加NMOS電晶體 NT1的柵壓的電容器CG1。升壓單元CP01進一步包括輸入升壓時鐘信 號的升壓時鐘信號輸入端NCLK和輸入用於增加電荷轉移NMOS晶體 管NT1的柵壓的時鐘信號的柵極時鐘信號輸入端NCLKG。第一升壓時 鍾信號(M和第二柵極時鐘信號4)G2被輸入到位於奇數級的升壓單元 的相應輸入端。第二升壓時鐘信號c])2和第一柵極時鐘信號(t)Gl被輸入 到位於偶數級的升壓單元的相應輸入端。圖6示出了升壓時鐘信號和柵極時鐘信號的信號波形。在第一升壓 時鐘信號4)1從低電平變到高電平之後，第二升壓時鐘信號cj)2從高電 平變到低電平。在此之後，第一柵極時鐘信號4)G1從低電平變到高電
平。在第二升壓時鐘信號(f)2從低電平變到高電平後，第一升壓時鐘信號(M從高電平變到低電平。在此之後，第二柵極時鐘信號(])G2從低電 平變到高電平。因此，形成了相應時鐘信號的波形。在這種波形的情況中，雖然通過NMOS電晶體NTG1使得電荷轉移 NMOS電晶體NT1的柵壓等於電源端VIN的電壓，基於第二柵極時鐘 信號cf)G2使柵壓提高了時鐘幅度。因此，電荷轉移NM0S電晶體NT1 的柵壓被完全接通，所以可以有效地對升壓電容器Cl進行充電。然而，常規Dickson電荷泵升壓電路要求升壓時鐘信號和柵極時鐘 信號，即，需要四種時鐘信號。此外，有必要控制三種時鐘信號，這樣 在時鐘信號頻率的半周期中，時鐘信號的電位的變化的定時不會彼此重 合。也就是說，為了確定地改變時鐘信號的電位的變化定時，有必要增 加時鐘緩衝電路的驅動功率，以提高時鐘信號的電位變化速度。因此， 需要驅動功率非常大的時鐘緩衝電路，由此導致電路規模增大。當用於 將相應升壓時鐘信號的電位變化定時移位的時間周期被縮短時，在時鐘 緩衝電路的驅動功率發生變化或者電源電壓之間發生差異的情況下，升 壓時鐘信號的電位變化定時可能會^L此重合。因此，難以增加時鐘信號 的頻率，導致不能提高升壓速度和升壓功率的問題。由於作為輸出級電晶體並且是二極體接法的NMOS電晶體NTO的 正向電壓的下降，減小了升壓電壓。因此，有必要進一步增加串聯連接 的升壓單元的數量，所以存在升壓電路和時鐘緩衝電路的電路規模進一 步增大的問題。發明內容本發明就是要解決上述問題。因此本發明的目的是提供包含升壓電 路的電子器件，所述升壓電路具有高的升壓功率，且不增加時鐘緩衝電 路和升壓電路的每一個的電路規模。根據本明的包含升壓電路的電子器件，採用了這樣的結構，其 中，在Dickson電荷泵升壓電路中，提供了與用於對升壓單元的電荷轉 移NMOS電晶體的柵極端充放電的NMOS電晶體並聯的NMOS晶體 管，其漏極和柵極與輸入端連接且其源極與該電荷轉移NMOS電晶體的 才冊極端連才妄。
而且在上述結構中，作為輸出級電晶體並且是二極體接法的NMOS電晶體NTO被電路所取代，在該電路中，從與升壓單元相同的結構中 省略了升壓電容器。在上述結構中，進一步地，採用耗盡型NMOS電晶體作為位於隨後 級中的升壓單元的NMOS電晶體。如上所述，包含本發明的升壓電路的電子器件具有以下效果。可以 減小時鐘緩衝電路和升壓單元的電路規,因此可以實現成本的減少。 可以增加每個時鐘信號的頻率，因此可以提高升壓電路的升壓速度及其 升壓功率。採用耗盡型NMOS電晶體作為位於隨後級的升壓單元的NMOS晶 體管，因此可以縮短位於隨後級的升壓單元的每個NMOS電晶體的W-長度。因此，可以減小升壓電路的電路面積。由於可以縮短每個NMOS 電晶體的W-長度，所以可以減小由時鐘緩衝電路驅動的負載的電容。 因此，可以進一步減小時鐘緩衝電路的電路規模，實現成本降低。
在附圖中圖1是示出根據本發明的第 一實施例的包含升壓電路的電子器件的 電路圖；圖；； '' 、' 、' "'圖3是示出根據本發明的第二實施例的包含升壓電路的電子器件中的升壓電路的電路圖；圖4是示出根據本發明的第二實施例的電子器件的升壓電路的輸出級升壓單元的電路圖；圖5是示出包含升壓電路的常規電子器件的電路圖；以及 圖6是示出常規電子器件的升壓電路的時鐘信號的波形圖。
具體實施方式
(第一實施例)圖1是示出根據本發明的第 一實施例的包含升壓電路的電子器件的 電路圖。在第一實施例中的升壓電路包含以下結構。多個升壓單元CPn在電 源端VIN和升壓功率輸出端VOUT之間串聯連接。在輸出級提供了其
中從升壓單元CPn中省略了升壓電容器的輸出級升壓單元CPOUT。每個升壓單元CPn包括輸入升壓時鐘信號的升壓時鐘輸入端NCLK 和輸入用於增加電荷轉移NMOS電晶體NT1的柵壓的柵極時鐘信號的 柵極時鐘輸入端NCLKG。第一升壓時鐘信號(J) 1和第二柵極時鐘信號4) G2輸入到位於奇數級的升壓單元的對應輸入端。第二升壓時鐘信號4)2 和第一柵極時鐘信號(J)G1輸入到位於偶數級的升壓單元的對應輸入 端。輸出級升壓單元CPOUT包括輸入用於增加電荷轉移NMOS電晶體 NT1的柵壓的柵極時鐘信號的柵極時鐘輸入端NCLKG。第一柵極時鐘 信號d) Gl輸入到輸出級升壓單元CPOUT的柵極時鐘輸入端NCLKG。位於第一級的升壓單元CP1包括電荷轉移NMOS電晶體NT1,用 於電荷轉移NMOS電晶體NT1的柵極的充放電的NMOS電晶體 NTG1,升壓電容器C1以及用於增加NMOS電晶體NT1的柵壓的電容 器CG1。輸入端IN、 NMOS電晶體NT1的漏極和NMOS電晶體NTG1 的漏極相互連接。輸出端OUT、 NMOS電晶體NT1的源極、升壓電容 器Cl的第一電極和NMOS電晶體NTG1的柵極相互連接。NMOS晶體 管NT1的柵極、NMOS電晶體NTG1的源極和電容器CG1的第一電極 相互連接(在第一節點N1)。升壓電容器C1的第二電極與升壓時鐘輸 入端NCLK相連接。電容器CG1的第二電極與柵極時鐘輸入端NCLKG 相連接。位於第二和隨後級的每個升壓單元CPn還包括NMOS電晶體 NTD1,其漏極和柵極通常與輸入端IN連接，且其源極與NMOS電晶體 NT1的柵極連接。NMOS電晶體NTD1被用來對NMOS電晶體NT1的才冊極進行充電。輸出級升壓單元CPOUT具有這樣的結構，其中從位於第二和隨後 級的升壓單元CPn的其中之一的結構中省略了升壓電容器Cl和升壓時 鍾輸入端NCLK。採用輸出級升壓單元CPOUT而不是二極體接法的常 頭見NMOS電晶體NTO。在具有上述結構的升壓電路中，根據位於第二和隨後級的每個升壓 單元CPn，通過NMOS電晶體NTD1將NMOS電晶體NT1的柵極保持 在等於或大於輸入端電壓的電壓。因此，響應於柵極時鐘信號將輸入電 壓增加柵極時鐘電壓，因此可以有效地在升壓電容器Cl中存儲電荷，
而不像常規升壓電路要移位時鐘波形的電位反轉定時。在升壓電容器C1的電位被升壓時鐘信號抬高的時刻通過NOS電晶體NTG1將增加了柵 極時鐘電壓的NMOS電晶體NT1的柵極處的電位減小到輸入端電壓。因此，在位於第二和隨後級且如上述構造的每個升壓單元CPn中， 電荷轉移NMOS電晶體NT1的柵極由NMOS電晶體NTG1放電，由 NMOS電晶體NTD1充電。因此，與常規升壓電路不同，不需要移位第 一升壓時鐘信號(J) 1和第二升壓時鐘信號cj)2的電位反轉定時。圖2示出了在根據第一實施例的升壓電路中的升壓時鐘信號和柵極時鐘信號的信號波形。如圖2中所示，第二升壓時鐘信號cj)2具有通過將第一升壓時鐘信號(M反轉而得到的波形。在第一升壓時鐘信號(M從低電平變換到高 電平後，第一柵極時鐘信號d)Gl從低電平變換到高電平。在第二升壓 時鐘信號d) 2從低電平變換到高電平後，第二柵極時鐘信號(J) G2從低電 平變換到高電平。如上所述，用於根據本發明的第 一 實施例的電子器件的升壓電路具 有這樣的結構，用於對NMOS電晶體NT1的柵極進行充電的NMOS晶 體管NTD1被添加到常規電子器件的升壓單元位於第二和隨後級的每個 升壓單元的電路結構。因此，可以將電荷存儲在升壓電容器Cl中，而 不需要將第一升壓時鐘信號(M和第二升壓時鐘信號d)2的電位變化定 時移位。也就是說，用於存儲電荷的時鐘低電平周期比在常規升壓電路 的情況時相對要長。因此，可以增加每個時鐘信號的頻率，所以可以揭_ 高升壓電路的升壓速度和升壓功率。此外，可以簡化用由於產生時鐘定 時的電3各。因此，雖然用於常規電子器件的升壓電路的問題在於時鐘緩衝電路 的電路規模變大，增加了其成本，並且不能提高升壓速度和升壓功率， 但是根據本發明的第 一實施例的升壓電路可以解決該問題。根據本發明的第 一 實施例的升壓電路包括具有上述結構的輸出級 升壓單元。因此，可能解決為了補償由於二極體接法的NMOS電晶體的 正向電壓的下降而引起的升壓電壓的減少而增加升壓電路和時鐘緩衝 電路的電路規模的問題。 (第二實施例)圖3是示出根據本發明的第二實施例的包括升壓電路的電子器件中
的升壓單元CPDn的電路圖。如圖3中所示，在第二實施例的升壓電路 的升壓單元CPDn中，採用耗盡型NMOS電晶體作為第一實施例1中的 升壓單元CPn的每個NMOS電晶體。圖4是示出在第二實施例中的升 壓電路的輸出級升壓單元CPDOUT的電路圖。如在升壓單元的情況， 採用耗盡型NMOS電晶體作為每個NMOS電晶體。雖然未示出，第二實施例中的升壓電路具有與第 一 實施例中的升壓 電路基本上相同的結構。圖3中所示的升壓單元CPDn被用作隨後級的 升壓單元，其升壓電壓變得更高，並且圖4中所示的輸出級升壓單元 CPDOUT被用於輸出級。根據具有上述結構的第二實施例中的升壓電路，即使當升壓電壓變 得更高的隨後級升壓單元中的每一個NMOS電晶體的閾值電壓由於背 柵效應增加了，驅動功率也不會減少。因此，沒有必要增加每個NMOS 電晶體的W-長度，所以可能阻止為得到高升壓電壓而增加升壓電路的 電路面積，這是用於常規電子器件的升壓電路的問題。
權利要求
1.一種電子器件，包括升壓電路，在該升壓電路中多個升壓單元串聯連接，其中每個升壓單元為電荷泵型，其中每個升壓單元包括升壓單元輸入端；升壓單元輸出端；升壓時鐘輸入端；用於電荷轉移的第一NMOS電晶體，其源極與升壓單元輸入端連接，且其漏極與升壓單元輸出端連接；用於升壓的第一電容器，其第一電極與第一NMOS電晶體的漏極連接，且其第二電極與升壓時鐘輸入端連接；柵極時鐘信號輸入端，用於增加第一NMOS電晶體的柵極處的電位；第二電容器，其第一電極與第一NMOS電晶體的柵極連接，且其第二電極與柵極時鐘信號輸入端連接；第二NMOS電晶體，其漏極與升壓單元輸入端連接，其源極與第一NMOS電晶體的柵極連接，並且其柵極與升壓單元輸出端連接；以及第三NMOS電晶體，其漏極和柵極與升壓單元輸入端連接，且其源極與第一NMOS電晶體的柵極連接。
2. 權利要求1的電子器件，進一步包括輸出級升壓單元，其中輸 出級升壓單元包括輸出級輸入端； 輸出級輸出端；用於電荷轉移的第四NMOS電晶體，其源極與輸出級輸入端連接， 且其漏極與輸出級輸出端連接；第三電容器，其第一電極與第四NMOS電晶體的柵極連接，且其第 二電極與柵極時鐘信號輸入端連接；第五NMOS電晶體，其漏極與輸出級輸入端連接，其源極與第四 NMOS電晶體的柵極連接，且其柵極與輸出級輸出端連接；以及第六NMOS電晶體，其漏極和柵極與輸出級輸入端連接，且其源極 與第四NMOS電晶體的柵極連接。
3. 權利要求1的電子器件，其中，在升壓電路中，在隨後級中提供的升壓單元的其中之一包括NMOS電晶體，每一個NMOS電晶體都 是耗盡型的。
4.權利要求2的電子器件，其中，在升壓電路中，在隨後級中提 供的升壓單元的其中之一包括NMOS電晶體，每一個NMOS電晶體都 是耗盡型的。
全文摘要
提供了一種包含升壓電路的電子器件，升壓電路的電路規模擴大被最小化並且即使在低電源電壓的情況時效率也很高。提供了與升壓單元中的用於對電荷轉移NMOS電晶體的柵極端充放電的NMOS電晶體並聯的NMOS電晶體，其漏極和柵極與輸入端連接且其源極與該電荷轉移NMOS電晶體的柵極端連接。
文檔編號H02M3/07GK101159412SQ20071016227
公開日2008年4月9日 申請日期2007年10月8日 優先權日2006年10月2日
發明者宇都宮文靖 申請人:精工電子有限公司