电荷泵电路的制作方法

专利名称：电荷泵电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过对电容器进行充电和放电来生成电压的电
荷泵电路。
背景技术：
在微型计算机芯片中集成的闪存在操作过程中使用高电压，因 此包括用以生成提升电压的电荷泵电路。电荷泵电路的操作需要来 自外部电源的大电流消耗，而电流消耗造成的电磁千扰(EMI)噪声 辐射到微型计算机芯片的外部。
高的辐射EMI噪声电平对微型计算机芯片周围的设备造成干 扰。具体而言，对于在音频设备等中使用的IC (集成电路)，需要 倍加小心，使得从微型计算机芯片辐射的EMI噪声的频带不与音频 设备的接收频带重叠。电荷泵电路的操作时钟频率的倍数在电荷泵 电路的操作所造成的EMI噪声的频率分量中占主导地位。因而，在 考虑将在使用IC的环境中受抑制的频带情况下设置电荷泵电路的操 作时钟频率。
在日本未审专利公开No. 2005-20971中公开的电源电路中，一 旦比较器检测到参考电压过量，随后在时钟信号的一个脉沖内就不 切换比较器输出。这防止电荷泵在高频操作并且防止出现噪声
发明内容
在常规电荷泵电路的配置中，当电荷泵电路从去使能状态改变 成使能状态时有与时钟信号异步的操作的持续过程。在与时钟信号 异步的操作的持续过程中，出现与电荷泵电路的操作时钟频率独立 的频率分量的EMI噪声。如果与操作时钟频率独立的频率分量落在 将在使用IC的环境中受抑制的频带之下，则有在IC的操作中造成 干扰的问题。
本发明的一个目的是提供一种电荷泵电路，其可以防止出现在 从去使能状态改变成使能状态时与操作时钟频率独立的频率分量的
EMI噪声。
根据本发明的一种电荷泵电路包括电荷泵电路体，包括串联 耦合的多个电荷传送元件和各自耦合到相邻电荷传送元件之间的耦 合路径的多个电容元件，该电荷泵电^各体通过对相邻电容元件交替
源电压并且输出高于外部电源电压的提升电压；电平检测电路，比
较从电荷泵电路体输出的提升电压与预定参考电压，并且根据比较
结果来输出电平检测信号；振荡器电路，响应于从电平检测电路输 出的电平检测信号来输出时钟信号；以及检测信号同步电路，输出
时钟信号同步而生成的同步检测信号，其中响应于从振荡器电路输 出的时钟信号和从检测信号同步电路输出的同步检测信号对电荷泵 电路体中的电容元件进行充电和放电。
另外，根据本发明的一种电荷泵电路包括多个电荷泵电路体， 包括串联耦合的多个电荷传送元件和各自耦合到相邻电荷传送元件 之间的耦合路径的多个电容元件，该多个电荷泵电路体通过对相邻 电容元件交替地进行充电和放电来提升从外部电源向电荷传送元件 供应的外部电源电压并且输出高于外部电源电压的提升电压；电平 检测电路，比较从电荷泵电路体输出的提升电压与预定参考电压并 且根据比较结果来输出电平检测信号；振荡器电路，响应于从电平 检测电路输出的电平检测信号向多个电荷泵电路体输出相应时钟信号；多个检测信号同步电路，与电荷泵电路体——对应，检测信号
同步电路的数目与电荷泵电路体的数目相同，该多个检测信号同步 电路输出通过将从电平检测电路输出的电平检测信号与从振荡器电 路向多个电荷泵电路体输出的相应时钟信号同步而生成的同步4企测 信号，其中响应于从振荡器电路输出的时钟信号和从检测信号同步 电路输出的同步检测信号对电荷泵电路体中的电容元件进行充电和放电。
根据本发明的电荷泵电路，响应于从振荡器电路输出的时钟信 号和从检测信号同步电路输出的与时钟信号同步的同步检测信号， 对电荷泵电路体中的电容元件进行充电和放电。因而，可以防止在 电荷泵电路体的操作响应于电平检测信号从去使能状态改变成使能 状态时对电容元件进行充电和放电。因而，可以防止出现在从去使 能状态改变成使能状态时与时钟信号异步的电荷泵电路体的操作所
造成的并且与操作时钟频率独立的频率分量的E MI噪声。
根据本发明的电荷泵电路，在电荷泵电路体中，响应于从振荡 器电路输出的时钟信号和从检测信号同步电路输出的与时钟信号同 步的同步4企测信号，对电容元件进行充电和》文电。因而，可以防止 在电荷泵电路体的操作响应于电平检测信号从去使能状态改变成使 能状态时对电容元件进行充电和放电。因而，可以将所有电荷泵电 路体的操作与时钟信号同步，其中包括从去使能状态改变成使能状 态。因此，可以防止出现在从去使能状态改变成使能状态时与时钟 信号异步的泵操作所造成的消耗电流峰以及防止出现与操作时钟频 率独立的频率分量的EMI噪声。


图1是示意地示出了集成有闪存的微型计算机芯片IO的图。 图2是示出了作为本发明的前提的电荷泵电路20的配置的图。 图3是示出了图2中所示电荷泵电路20的操作时序的时序图。 图4是示出了图2中所示泵电路体23中消耗电流I一VPP的频率与消耗电流I一VPP的强度之间的关系的曲线图。
图5是示出了根据本发明第一实施例的电荷泵电路60的配置的图。
图6是检测信号同步电路70的真值表。 图7是示出了检测信号同步电路70的操作时序的时序图。 图8是示出了图5中所示电荷泵电路60的操作时序的时序图。 图9是示出了图5中所示泵电路体23中消耗电流I一VPP的频率 与消耗电流I一VPP的强度之间的关系的曲线图。 图IO是示出了 D触发器75的图。
图11是示出了作为本发明的前提的电荷泵电路80的配置的图。 图12是示出了图11中所示电荷泵电路80的操作时序的时序图。 图13是示出了根据本发明第三实施例的电荷泵电路90的配置的图。
图14是示出了图13中所示电荷泵电路90的操作时序的时序图。 图15是示出了图13中所示第一至第三泵电路体23A至23C中 消耗电流I—VPP的频率与消耗电流I—VPP的强度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
<第一前提技术〉
图1是示意地示出了集成有闪存的微型计算机芯片IO的图。微 型计算机芯片lO包括闪存ll、电荷泵电路12、电源管脚13和CPU 芯14。电荷泵电路12设置在闪存11中。当电荷泵电路12操作时， EMI噪声从用于向电荷泵电路12供应电源电压的电源管脚13辐射 到微型计算机芯片10的外部。
由于电荷泵电路12的操作时钟频率的倍数在电荷泵电路12的 操作所造成的并且从电源管脚13辐射的EMI噪声的频率分量中占主 导地位，所以在考虑将在使用IC的环境中受抑制的频带情况下设置 电荷泵电路12的操作时钟频率。接下来在描述根据本发明的电荷泵电路之前将描述作为本发明 的前提的电荷泵电路20。图2是示出了作为本发明的前提的电荷泵
电路20的配置的图。电荷泵电路20包括电平检测电路21、振荡器 电路22和电荷泵电路体(下文也称为"泵电路体")23。
电平检测电路21包括第一电阻器R1、第二电阻器R2和运算放 大器30。第一电阻器Rl的一端耦合到随后描述的泵电路体23，而 第一电阻器Rl的另一端耦合到第二电阻器R2的一端和运算放大器 30的反相输入端子。第二电阻器R2的另一端耦合到地。运算放大 器30的输出端子耦合到随后描述的振荡器电路22和泵电路体23。
通过在第一电阻器Rl与第二电阻器R2之间的分压点对随后描 述的泵电路体23生成的提升电压VP进行分压而获得的电压(下文 称为"分压电压")VDIV输入到运算放大器30的反相输入端子。参 考电压VREF输入到运算放大器30的非反相输入端子。运算放大器 30比较分压电压VDIV与参考电压VREF,并且输出电平4企测信号 (下文也简称为"检测信号")DET。更具体而言，如果VREF〉VDIV 则运算放大器30输出高(简记为H)电平的信号作为检测信号DET, 而如果VREFSVDIV则运算放大器30输出低(简记为L)电平的信 号作为检测信号DET。从运算放大器30输出的检测信号DET供应 到随后描述的振荡器电路22和泵电路体23。
振荡器电路22包括第一反相器40、第二反相器41、第三反相 器42、第四反相器43和MOS晶体管44。第一、第三和第四反相器 40、 42和43是反相器，而第二反相器41是钟控反相器。在振荡器 电路22中，三级反相器即第二至第四反相器41至43构成环形振荡 器。在环形振荡器中，第二至第四反相器41至43串联耦合，而第 一级的第二反相器41的输入端子耦合到第三级的第四反相器43的 输出端子。第四反相器43的输出端子耦合到随后描述的泵电路体 23。 MOS晶体管44是NMOS晶体管。
第一反相器40和形成环形振荡器的第一级的第二反相器41耦 合到电平检测电路21中的运算放大器30。第一反相器40耦合到M O S晶体管4 4的栅极和构成环形振荡器的第 一 级的第二反相器41 。 MOS晶体管44的漏极耦合到第二反相器41与第三反相器42之间 的耦合点，而MOS晶体管44的源极耦合到地。
在振荡器电路22中，从电平检测电路21输出的检测信号DET 输入到第 一反相器40和构成环形振荡器的第 一级的第二反相器41 。 检测信号DET用作用于振荡器电路22的使能信号。从第一反相器 40输出的检测信号DET的反相信号和第四反相器43的输出信号输 入到第二反相器41。从第一反相器40输出的检测信号DET的反相 信号输入到MOS晶体管44的栅极。
在振荡器电路22中，环形振荡器在与泵电路体23的操作频率 对应的频率下振荡，而构成环形振荡器的第四反相器43输出时钟信 号CLK。从第四反相器43输出的时钟信号CLK供应到第二反相器 41和泵电3各体23。
泵电路体23具有两级配置并且包括反相器50、第一泵驱动器 51、第二泵驱动器52、第一泵电容53、第二泵电容54、第一传送 MOS晶体管55、第二传送MOS晶体管56和第三传送MOS晶体管 57。第一和第二泵驱动器51和52是与(AND)电路。作为电容性 元件的第一和第二泵电容53和54是电容器。作为电荷传送元件的 第一至第三传送MOS晶体管55至57是NMOS晶体管。
反相器50的输入端子耦合到振荡器电路22中第四反相器43的 输出端子，而反相器50的输出端子耦合到第一泵驱动器51的输入 端子。第一泵驱动器51的输入端子耦合到电平检测电路"中运算 放大器30的输出端子。第一泵驱动器51的输出端子耦合到第一泵 电容53的一端。
第二泵驱动器52的输入端子耦合到振荡器电路22中第四反相 器43的输出端子和电平检测电路21中运算放大器30的输出端子。 第二泵驱动器52的输出端子耦合到第二泵电容54的一端。外部电 源耦合到第一和第二泵驱动器51和52。
在泵电路体23中，其中斥册极和漏极耦合在一起的多个二极管耦合式(diode-coupled ) MOS晶体管(在这一情况下为第 一至第三传 送MOS晶体管55至57)串联耦合。第一传送MOS晶体管55的漏 极耦合到外部电源VPP。第三传送MOS晶体管57的源极耦合到电 平检测电路21中的第一电阻器R1。第一泵电容53的另一端耦合到 第一泵节点PI,而第二泵电容54的另一端耦合到第二泵节点P2。 第 一 泵节点P1是在第 一传送MOS晶体管55的源极与第二传送MOS 晶体管56的漏极之间的耦合点。第二泵节点P2是在第二传送MOS 晶体管56的源极与第三传送MOS晶体管57的漏极之间的耦合点。 在泵电路体23中，从振荡器电路22输出的时钟信号CLK输入 到反相器50和第二泵驱动器52。将从电平检测电路21输出的检测 信号DET作为泵使能信号PEN输入到第 一和第二泵驱动器51和52， 该泵使能信号PEN用作用于泵驱动器51和52的使能信号。第一泵 驱动器51执行从反相器50供应的时钟信号CLK的反相信号和从电 平检测电路21中的运算放大器30供应的检测信号DET的与运算并 且输出代表运算结果的信号。第二泵驱动器52执行从振荡器电路22 中的第四反相器43供应的时钟信号CLK和从电平检测电路21中的 运算放大器30供应的检测信号DET的与运算并且输出代表运算结 果的信号。
因此在泵电路体23中，第一和第二泵驱动器51和52与时钟信 号CLK同步地对第一泵电容53和第二泵电容54交替地进行充电和 放电。因而，第一至第三传送MOS晶体管55至57在提升来自外部 电源VPP的电压的同时传送电荷，由此生成提升电压VP。泵电路体 23生成的提升电压VP从第三传送MOS晶体管57的源极输出到电 荷泵电路20的外部并且供应到电平检测电路21 。
图3是示出了图2中所示电荷泵电路20的操作时序的时序图。 在时间T10,当电平检测电路21检测到提升电压VP的电平小于预 定检测电平Ld时，将检测信号DET使能，也就是说，将检测信号 DET从L电平改变成H电平。响应于此，将泵电^各体23和振荡器 电路22使能。因而在泵电路体23中，第一泵驱动器51的输出Nl从L电平改变成H电平且第一泵节点Pl的电平增加。另外，将第
二传送MOS晶体管56导通，而电荷从第一泵节点Pl传送到第二泵 节点P2，从而第二泵节点P2的电平增加而第一泵节点Pl的电平减 少。从振荡器电路22被使能直到它输出时钟信号CLK，存在一个延 迟时间T2。
在从时间T10过去延迟时间T2之后的时间Tll,当时钟信号 CLK从L电平改变成H电平时，第二泵驱动器52的输出N2从L 电平改变成H电平，且第二泵节点P2的电平增加。另外，将第三传 送MOS晶体管57导通，且从第二泵节点P2传送电荷，从而提升电 压VP的电平增加而第二泵节点P2的电平减少。
也在时间Tll,第一泵驱动器51的输出Nl从H电平改变成L 电平，且第一泵节点Pl的电平减少。另外，将第一传送MOS晶体 管55导通，且电荷从外部电源VPP传送到第一泵节点Pl，从而第 一泵节点Pl的电平增加。
在时间T12,当时钟信号CLK从H电平改变成L电平时，第一 泵驱动器51的输出Nl从L电平改变成H电平，同时第二泵驱动器 52的输出N2从H电平改变成L电平。另外，第一泵节点P1的电平 增加，而第二泵节点P2的电平减少。将第二传送MOS晶体管56导 通，且电荷从第一泵节点Pl传送到第二泵节点P2，从而第二泵节 点P2的电平增加而第一泵节点Pl的电平减少。此后，重复时间Tll 和T12的操作直至提升电压VP的电平达到预定检测电平Ld。
在时间T14，当电平检测电路21 ;险测到提升电压VP的电平不 小于预定检测电平Ld时，将检测信号DET去使能，也就是说，将 检测信号DET从H电平改变成L电平。响应于此，将泵电路体23 和振荡器电路22去使能。
泵电路体23维持去使能状态直至电平检测电路21在时间T15 检测到提升电压VP的电平小于预定检测电平Ld。因此，泵电路体 23重复在时间T10与T15之间使能状态和去使能状态的循环，由此 生成所需的提升电压VP。接下来将描述泵电路体23的操作中外部电源VPP的消耗电流
I一VPP。当第一泵驱动器51的输出Nl或者第二泵驱动器52的输出 N2从L电平改变成H电平以对第一泵电容53或者第二泵电容54 充电时，外部电源VPP供应大的消耗电流。也就是说，在图3中， 脉沖式消耗电流I—VPP在检测信号DET从去使能状态改变成使能状 态、也就是^r测信号DET/人L电平改变成H电平的时间T10和T15 以及在时钟信号CLK 乂人L电平改变成H电平和/人H电平改变成L 电平的时间Tll、 T12、 T13、 T16和T17流动。
图4是示出了图2中所示泵电路体23中消耗电流I一VPP的频率 与消耗电流I一VPP的强度之间关系的曲线图。在曲线图中，水平轴 代表消耗电流I一VPP的频率(Hz)，而竖直轴代表消耗电流I—VPP 的强度(db)。如图4中所示，消耗电流I—VPP具有三个强度峰。 最高强度的频率是1/Tl，该频率1/T1是泵电路体23的操作时钟信 号CLK的频率的两倍。次高强度的频率是1/T0，该频率1/T0源于 从将泵电路体23去使能直至下一次将它使能的间断时间T0。频率 1/T0—般为低频。最低强度的频率为1/T2,该频率1/T2源于图3中 时间T10与Tll之间的时间段和时间T15与T16之间的时间l殳，也 就是在检测信号DET从去使能状态向使能状态的改变与时钟信号 CLK的第一上升沿之间的延迟时间T2。频率1/T2是与泵电路体23 的操作时钟频率独立的频率分量。如果这一频率分量落在将在使用 IC的环境中受抑制的频带之下，则有在IC的操作中造成干扰的问 题。
频率分量1/T2之所以出现是因为在图3中的时间T10和T15， 在将检测信号DET使能的相同时间，第一泵驱动器51的输出Nl从 L电平改变成H电平。也就是说，在时间T10和T15，泵电路体23 执行与时钟信号CLK异步的操作，这造成与时钟频率独立的频率分 量。出于这一原因，将图5中所示配置应用于根据本发明的电荷泵 电路。
<第一实施例>图5是示出了根据本发明第一实施例的电荷泵电路60的配置的
图。图5中所示电荷泵电路60的配置和功能类似于图2中所示电荷 泵电路20的配置和功能；因此将仅描述不同部分，而对应部分用相 同标号来表示并且将不加以描述。
电荷泵电路60包括电平检测电路21、振荡器电路22、泵电路 体23和检测信号同步电路70。检测信号同步电路70包括RS触发 器(下文也称为"RSFF") 71和同步反相器72。检测信号同步电路 70基于从电平检测电路21输出的检测信号DET来生成其中将泵电 路体23的使能定时与从振荡器电路22输出的时钟信号CLK同步的 信号(下文称为"同步检测信号DETSYNC")，并且将生成的同步检 测信号DETSYNC作为泵使能信号PEN供应到泵电路体23。
RSFF 71的设置端子S耦合到振荡器电路22中第四反相器43 的输出端子以及泵电路体23中反相器50的输入端子与第二泵驱动 器52的输入端子之间的耦合点。RSFF 71的重置端子X耦合到电平 检测电路21中运算放大器30的输出端子与振荡器电路22中第一反 相器40的输入端子之间的耦合点。RSFF 71的反相输出端子^耦合 到同步反相器72的输入端子。同步反相器72的输出端子耦合到泵 电路体23中第二泵驱动器52的输入端子。
在图2中所示电荷泵电路20中，从电平检测电路21中的运算 放大器30输出的检测信号DET作为泵使能信号PEN输入到泵电路 体23中的第一和第二泵驱动器51和52。另一方面，在图5中所示 电荷泵电路60中，从电平检测电路21中的运算放大器30输出的检 测信号DET输入到RSFF71的重置端子^。
在电荷泵电路60中，从振荡器电路22中的第四反相器"输出 的时钟信号CLK输入到泵电路体23中的反相器50和第二泵驱动器 52并且也输入到检测信号同步电路70中RSFF71的设置端子S。
从检测信号同步电路70中RSFF71的反相输出端子5输出的信 号的逻辑由同步反相器72反相，而通过将该逻辑反相而获得的信号 是同步检测信号DETSYNC。同步检测信号DETSYNC作为泵使能信号PEN输入到泵电路体23中的第一和第二泵驱动器51和52，该泵 使能信号PEN用作用于泵驱动器51和52的使能信号。
图6是检测信号同步电路70的真值表。图7是示出了检测信号 同步电路70的操作时序的时序图。在检测信号同步电路70中，如 果向RSFF71的重置端子f输入的^r测信号DET处于L电平，则无 论向RSFF71的设置端子S输入的时钟信号CLK如何，从同步反相 器72输出的同步检测信号DETSYNC都变为L电平。如果检测信号 DET处于H电平并且时钟信号CLK处于H电平，则同步检测信号 DETSYNC变为H电平。如果检测信号DET处于H电平而时钟信号 CLK处于L电平，则同步检测信号DETSYNC保持先前状态。
因此，根据图6中所示真值表，基于检测信号DET和时钟信号 CLK来生成从检测信号同步电路70输出的同步检测信号 DETSYNC。在图7中，在时间T20的检测信号DET的上升沿上， 时钟信号CLK处于L电平；相应地，同步检测信号DETSYNC保持 处于L电平的先前状态。接下来在时间T21的时钟信号CLK的上升 沿上，检测信号DET处于H电平；因而同步检测信号DETSYNC设 置为H电平。另外，在时间T24的检测信号DET的下降沿上，同步 检测信号DETSYNC重置为L电平。如上文所述，同步检测信号 DETSYNC的上升沿与时钟信号CLK的上升沿同步。
图8是示出了图5中所示电荷泵电路60的操作时序的时序图。 图9是示出了图5中所示泵电路体23中消耗电流I-VPP的频率与消 耗电流I—VPP的强度之间关系的曲线图。在曲线图中，水平轴代表 消耗电流I一VPP的频率(Hz)，而竖直轴代表消耗电流I—VPP的强 度(db )。
首先在时间T30,当电平检测电路21检测到提升电压VP的电 平小于预定检测电平Ld时，将检测信号DET使能，也就是说，将 检测信号DET从L电平改变成H电平。响应于此，将振荡器电路 22使能。由于从检测信号同步电路70输出的同步检测信号 DETSYNC处于L电平，所以在时间T30不将泵电路体23使能。从将振荡器电路22使能直到它输出时钟信号CLK存在一个延 迟时间。在时间T31，当时钟信号CLK从L电平改变成H电平时， 同步检测信号DETSYNC从L电平改变成H电平。响应于此，泵电 路体23被使能并且随后与时钟信号CLK同步地操作。
在时间T34,当电平^r测电^各21 ;险测到l是升电压VP的电平不 小于预定检测电平Ld时，将检测信号DET去使能，也就是说，将 检测信号DET从H电平改变成L电平，从而振荡器电路22停止。 与此同时，同步才全测信号DETSYNC从H电平改变成L电平，从而 将泵电路体23去使能。
泵电路体23维持去使能状态直至电平检测电路21在时间T35 检测到提升电压VP的电平小于预定检测电平Ld。
如上文所述，在本实施例中，使用与用于泵操作的时钟信号CLK 同步的同步检测信号作为向泵电路体2 3供应的泵使能信号。也就是 说，响应于从振荡器电路22输出的时钟信号和从检测信号同步电路 70输出的与时钟信号同步的同步检测信号，对泵电路体23中的第一 泵电容53和第二泵电容54进行充电和放电。
因而，可以防止在泵电路体23的操作响应于检测信号从去使能 状态改变成使能状态时通过第一和第二泵驱动器51和52对第一和 第二泵电容53和54进行充电和放电。因而，可以将泵电路体23的 操作与时钟信号同步，其中包括从去使能状态改变成使能状态。也 就是说，可以与时钟信号完全同步地操作泵电路体23,包括从去使 能状态改变成使能状态。
因此，可以防止出现在从去使能状态改变成使能状态时与时钟 信号异步的泵电路体的操作所造成的并且与操作时钟频率独立的频 率分量的EMI噪声。
具体而言，如图8中所示，在本实施例中的外部电源VPP的消 耗电流I—VPP中，并不存在在使用检测信号DET作为泵使能信号的 常规配置中在从去使能状态改变成使能状态时出现的并且与时钟信 号CLK异步的消耗电流脉沖，而仅存在与时钟信号的上升沿和下降沿同步的消耗电流脉沖。
因而，如图9中所见，I_VPP的强度峰仅存在于源于时钟信号 CLK频率的频率1/T1和源于泵的间断时间TO的频率1/TO,而在从 去使能状态改变成使能状态时与时钟信号CLK异步的泵电路体的操 作常规上造成的频率分量1/T2并不出现。
另外，在本实施例中，检测信号同步电路70包括RSFF 71,从 电平检测电路21输出的电平检测信号供应到RSFF 71的重置端子 L从振荡器电路22输出的时钟信号CLK供应到设置端子S，而从 反相输出端子^输出同步检测信号。也就是说，生成同步检测信号 作为RS触发器的g输出的反相信号，其中冗输入是从电平检测电路 21输出的电平检测信号而S输入是从振荡器电路22输出的时钟信 号。
因而，可以实现可将泵电路体23的操作与时钟信号同步的电荷 泵电路60,其中包括泵电路体23的操作响应于电平检测信号从去使 能状态改变成使能状态。
另夕卜，通过如本实施例中一样使用RSFF71，可以实现比在使用 随后描述的D触发器75时具有更少的元件数目的检测信号同步电路 70,由此使得可以将电荷泵电路60小型化。 <第二实施例>
接下来将描述根据本发明第二实施例的电荷泵电路。根据本实 施例的电荷泵电路的配置和功能类似于图5中所示电荷泵电路60的 配置和功能；因此将仅描述不同部分，而对应部分用相同标号来表 示并且将不加以描述。
图10是示出了 D触发器75的图。在根据第一实施例的电荷泵 电路60中，用RSFF71和同步反相器72配置检测信号同步电路70。 然而在根据本实施例的电荷泵电路中用D触发器7 5配置检测信号同 步电路。
D触发器(下文也称为"DFF") 75的数据输入端子D和重置端 子^耦合到在电平检测电路21中运算放大器30的输出端子与振荡器电路22中第一反相器40的输入端子之间的耦合点。DFF 75的时钟 输入端子CK耦合到振荡器电路22中第四反相器43的输出端子以 及泵电路体23中反相器50的输入端子与第二泵驱动器52的输入端 子之间的耦合点。DFF 75的输出端子Q耦合到泵电路体23中的第 一和第二泵驱动器51和52的输入端子。
从电平检测电路21中的运算放大器30输出的检测信号DET输 入到DFF 75的数据输入端子D和重置端子f 。从振荡器电路22中 的第四反相器43输出的时钟信号CLK输入到DFF 75的时钟输入端 子CK。从DFF 75的输出端子Q输出同步检测信号DETSYNC。
DFF 75的操作时序的时序图与图7中所示检测信号同步电路70 的时序图相同。因而，与在第一实施例中一样，在用DFF75配置检 测信号同步电路的情况下同步检测信号DETSYNC的上升沿与时钟 信号CLK的上升沿同步。
如上文所述，在本实施例中，用DFF 75配置才企测信号同步电^各， 从电平检测电路21输出的电平检测信号供应到DFF 75的数据输入 端子D和重置端子》，从振荡器电路22输出的时钟信号CLK供应 到时钟输入端子CK,而从输出端子Q输出同步检测信号。也就是说， 生成同步检测信号作为D触发器的^输出，其中D输入和冗输入是 从电平检测电路21输出的电平检测信号，而CK输入是从振荡器电 路22输出的时钟信号。因而，可以实现可将泵电路体23的操作与 时钟信号同步的电荷泵电路，其中包括泵电路体23的操作响应于电 平检顶'H言号从去使能状态改变成使能状态。 <第二前提技术>
为了在上述实施例中减少在泵电路体23的操作过程中外部电源 VPP的消耗电流I一VPP的峰值，有一种利用具有多个泵电路体23的 配置，按照已经相移的时钟信号来操作泵电路体23的方法。在描述 利用这种方法的根据本发明的电荷泵电路之前，将描述作为本发明
的前提的电荷泵电路80。
图11是示出了作为本发明的前提的电荷泵电路80的配置的图。图11中所示电荷泵电路80的配置和功能类似于图2中所示电荷泵
电路20的配置和功能；因此将仅描述不同部分，而对应部分用相同 标号来表示并且将不加以描述。
电荷泵电路80包括电平检测电路21、振荡器电路22、第一泵 电路体23A、第二泵电路体23B和第三泵电路体23C。第一泵电路 体23A具有两级配置并且包括反相器50a、第一泵驱动器51a、第二 泵驱动器52a、第一泵电容53a、第二泵电容54a、第一传送MOS晶 体管55a、第二传送MOS晶体管56a和第三传送MOS晶体管57a。 作为电容性元件的第一和第二泵电容53a和54a是电容器。作为电 荷传送元件的第一至第三传送MOS晶体管55a至57a是NMOS晶体 官。
第二泵电路体23B具有两级配置并且包括反相器50b、第一泵 驱动器51b、第二泵驱动器52b、第一泵电容53b、第二泵电容54b、 第一传送MOS晶体管55b、第二传送MOS晶体管56b和第三传送 MOS晶体管57b。作为电容性元件的第一和第二泵电容Bb和Mb 是电容器。作为电荷传送元件的第一至第三传送MOS晶体管至 57b是NMOS晶体管。
第三泵电路体23C具有两级配置并且包括反相器50c、第一泵驱 动器51c、第二泵驱动器52c、第一泵电容53c、第二泵电容5化、第 一传送MOS晶体管55c、第二传送MOS晶体管56c和第三传送MOS 晶体管57c。作为电容性元件的第一和第二泵电容53c和54c是电容 器。作为电荷传送元件的第一至第三传送MOS晶体管5Sc至57c是 NMOS晶体管。
构成第一至第三泵电路体23A至23C的反相器50a至50c、第 一泵驱动器51a至51c、第二泵驱动器52a至52c、第一泵电容53a 至53c、第二泵电容54a至54c、第一传送MOS晶体管55a至55c、 第二传送MOS晶体管56a至56c和第三传送MOS晶体管至57c 分别以与构成图2中所示泵电路体23的反相器50、第一泵驱动器 51、第二泵驱动器52、第一泵电容53、第二泵电容54、第一传送MOS晶体管55、第二传送MOS晶体管56和第三传送MOS晶体管 57相同的方式工作和操作。
振荡器电路22中第二反相器41的输出端子耦合到第一泵电路 体23A中反相器50a的输入端子和第二泵驱动器52a的输入端子。 振荡器电路22中第三反相器42的输出端子耦合到第二泵电路体23B 中反相器50b的输入端子和第二泵驱动器52b的输入端子。振荡器 电路22中第四反相器43的输出端子耦合到第三泵电路体23C中反 相器50c的输入端子和第二泵驱动器52c的输入端子。
电平检测电路21中运算放大器30的输出端子耦合到振荡器电 路22并且也耦合到第一至第三泵电路体23A至23C中第一泵驱动 器51a至51c的相应输入端子和第二泵驱动器52a至52c的相应输入 端子。第一至第三泵电路体23A至23C中第三传送MOS晶体管57a 至57c的相应源极共同耦合到电平检测电路21中的第一电阻器Rl。
第一时钟信号CLK1从振荡器电路22中第二反相器41的输出 端子输出并且输入到第一泵电路体23A中的反相器50a和第二泵驱 动器52a。第二时钟信号CLK2从振荡器电路22中第三反相器42的 输出端子输出并且输入到第二泵电路体23B中的反相器50b和第二 泵驱动器52b。第三时钟信号CLK3从振荡器电路22中第四反相器 43的输出端子输出并且输入到第三泵电路体23C中的反相器50c和 第二泵驱动器52c。第 一 时钟信号CLK1和第三时钟信号CLK3同相， 而第二时钟信号CLK2与第 一 和第三时钟信号CLK1和CLK3反相。
从电平检测电路21中的运算放大器30输出的检测信号DET作 为第一泵使能信号PEN1输入到第一泵电路体23A中的第一和第二 泵驱动器51a和52a，该第一泵使能信号PEN1用作用于泵驱动器51a 和52a的使能信号。从电平检测电路21中的运算放大器30输出的 检测信号DET作为第二泵使能信号PEN2输入到第二泵电路体23B 中的第一和第二泵驱动器51b和52b,该第二泵使能信号PEN2用作 用于泵驱动器51b和52b的使能信号。从电平检测电路21中的运算 放大器3 0输出的检测信号DET作为第三泵使能信号PEN3输入到第三泵电路体23C中的第一和第二泵驱动器51c和52c,该第三泵使能 信号PEN3用作用于泵驱动器51c和52c的使能信号。
第一至第三泵电路体23A至23C生成的提升电压VP从第一至 第三泵电路体23A至23C中的第三传送MOS晶体管57a至57c的 相应源极供应到电平^r测电3各21。
图12是示出了图11中所示电荷泵电路80的操作时序的时序图。 在时间T40，当电平检测电路21检测到提升电压VP的电平小于预 定检测电平Ld时，检测信号DET从去使能状态改变成使能状态， 也就是说，检测信号DET从L电平改变成H电平。响应于此，第一 泵电路体23A中的第一泵驱动器51a、第二泵电路体23B中的第二 泵驱动器52b和第三泵电路体23C中的第一泵驱动器51c操作。
因此在时间T40，所有三个泵电路体、也就是第一至第三泵电路 体23A至23C与第一至第三时钟信号CLK1至CLK3异步操作；因 而，消耗电流I_VPP在时间T40的强度峰值大于消耗电流I—VPP在 时间T41和以后的强度峰值。因此存在无法获得通过具有多个泵电 路体来减少消耗电流I—VPP的强度值这 一 效果的问题。
另外，与在具有一个泵电路体的配置中一样，在消耗电流^VPP 中存在源于在检测信号DET向使能状态的改变与时钟信号CLK的 第一上升沿之间的延迟时间T5并且与时钟信号CLK独立的频率分 量；因此，有在IC的操作中造成干扰的问题。
为了解决这些问题，虽然与在第一实施例中一样可以使用其中 使能定时与时钟信号CLK同步的同步检测信号DETSYNC作为用于 泵电路体的使能信号，但是需要使用与相应时钟信号CLK同步的同 步检测信号DETSYNC作为用于泵电路体的使能信号。出于这一原 因，将图13中所示配置应用于根据本发明的电荷泵电路。 <第三实施例>
图13是示出了根据本发明第三实施例的电荷泵电路90的配置 的图。根据本实施例的电荷泵电路90的配置和功能类似于图11中 所示电荷泵电路80的配置和功能；因此将仅描述不同部分，而对应部分用相同标号来表示并且将不加以描述。
电荷泵电路90包括电平4企测电-各21、振荡器电^各22、第一泵 电路体23A、第二泵电路体23B、第三泵电路体23C、第一检测信号 同步电路70A、第二检测信号同步电路70B、第三检测信号同步电 路70C和反相器95。
第一检测信号同步电路70A包括RSFF71a和同步反相器72a。 第二检测信号同步电路70B包括RSFF71b和同步反相器72b。第三 检测信号同步电路70C包括RSFF71c和同步反相器72c。
构成第一至第三检测信号同步电路70A至70C的RSFF 71a至 71c和同步反相器72a至72c分别以与图5中构成检测信号同步电路 70的RSFF71和同步反相器72相同的方式工作和操作。
第 一检测信号同步电路70A中RSFF 71a的设置端子S耦合到振 荡器电路22中第二反相器41的输出端子以及第一泵电路体23A中 反相器50a的输入端子与第二泵驱动器52a的输入端子之间的耦合 点。第三检测信号同步电路70C中RSFF 71c的设置端子S耦合到振 荡器电路22中第四反相器43的输出端子以及第三泵电路体中 反相器50c的输入端子与第二泵驱动器52c的输入端子之间的耦合 点。
振荡器电路22中第三反相器42的输出端子以及第二泵电路体 23B中反相器50b的输入端子与第二泵驱动器52b的输入端子之间 的耦合点耦合到反相器95的输入端子。反相器95的输出端子耦合 到第二检测信号同步电路70B中RSFF 71b的设置端子S。
第一至第三检测信号同步电路70A至70C中RSFF 71a至71c 的重置端子X耦合到电平检测电路21中运算放大器30的输出端子与 振荡器电路22中第一反相器40的输入端子之间的耦合点。
在电荷泵电路90中，从振荡器电路22中的第二反相器41输出 的第一时钟信号CLK1输入到第一泵电路体23A中的反相器50a和 第二泵驱动器52a并且也输入到第 一检测信号同步电路70A中RSFF 71a的设置端子S。从RSFF 71a的反相输出端子5输出的信号的逻辑由同步反相器72a反相，而通过将该逻辑反相而获得的信号是第 一同步检测信号DETSYNC1。第一同步检测信号DETSYNC1作为第 一泵使能信号PEN1输入到第一泵电路体23A中的第一和第二泵驱 动器51a和52a，该第一泵使能信号PEN1用作用于泵驱动器51a和 52a的使能信号。
从振荡器电路22中的第四反相器43输出的第三时钟信号CLK3 输入到第三泵电路体23C中的反相器50c和第二泵驱动器52c并且 也输入到第三检测信号同步电路70C中RSFF 71c的设置端子S。从 RSFF 71c的反相输出端子g输出的信号的逻辑由同步反相器72c反 相，而通过将该逻辑反相而获得的信号是第三同步检测信号 DETSYNC3。第三同步检测信号DETSYNC3作为第三泵使能信号 PEN3输入到第三泵电路体23C中的第一和第二泵驱动器51c和52c, 该第三泵使能信号PEN3用作用于泵驱动器51c和52c的使能信号。
从振荡器电路22中的第三反相器42输出的第二时钟信号CLK2 输入到第二泵电路体23B中的反相器50b和第二泵驱动器52b并且 也输入到反相器95。从反相器95输出的信号输入到第二检测信号同 步电路70B中RSFF 71b的设置端子S。从RSFF "b的反相输出端 子^输出的信号的逻辑由同步反相器72b反相，而通过将该逻辑反 相而获得的信号是第二同步检测信号DETSYNC2。第二同步检测信 号DETSYNC2作为第二泵使能信号PEN2输入到第二泵电路体23B 中的第一和第二泵驱动器51b和52b,该第二泵使能信号PEN2用作 用于泵驱动器51b和52b的使能信号。
图14是示出了图13中所示电荷泵电路90的操作时序的时序图。 首先在时间T60,当电平检测电路21检测到提升电压VP的电平小 于预定检测电平Ld时，将检测信号DET使能，也就是说，将检测 信号DET从L电平改变成H电平。响应于此，将振荡器电路22使 能。由于从第一至第三检测信号同步电路70A至70C输出的第一至 第三同步检测信号DETSYNC1至DETSYNC3处于L电平，所以第 一至第三泵电路体23A至23C在时间T60都不被使能。从将振荡器电路2 2使能直到它输出第 一 至第三时钟信号C L1至
CLK3存在延迟时间。在时间T61,当第一时钟信号CLK1从L电平 改变成H电平时，第一同步检测信号DETSYNC1从L电平改变成H 电平。响应于此，按照第一时钟信号CLK1来操作的第一泵电路体 23A被使能并且随后与第一时钟信号CLK1同步操作。
在时间T62,当第二时钟信号CLK2从H电平改变成L电平时， 第二同步检测信号DETSYNC2从L电平改变成H电平。响应于此， 按照第二时钟信号CLK2来操作的第二泵电路体23B被使能并且随 后与第二时钟信号CLK2同步操作。
在时间T63,当第三时钟信号CLK3从L电平改变成H电平时， 第三同步检测信号DETSYNC3从L电平改变成H电平。响应于此， 按照第三时钟信号CLK3来操作的第三泵电路体23C被使能并且随 后与第三时钟信号CLK3同步操作。
在时间T68，当电平检测电路21检测到提升电压VP的电平不 小于预定检测电平Ld时，将检测信号BT去使能，也就是说，将检 测信号DET从H电平改变成L电平，从而振荡器电路22停止。与 此同时，第一至第三同步检测信号DETSYNC1至DETSYNC3从H 电平改变成L电平，从而将所有泵电路体、也就是第一至第三泵电 路体23A至23C去使能。
第一至第三泵电路体23A至23C维持去使能状态直至电平检测 电路21在时间T69检测到提升电压VP的电平小于预定检测电平Ld 而将检测信号DET使能。
图15是示出了图13中所示第一至第三泵电路体23A至23C中 消耗电流I_VPP的频率与消耗电流I—VPP的强度之间关系的曲线图。 在该曲线图中，水平轴代表消耗电流I—VPP的频率(Hz)，而竖直 轴代表消耗电流I_VPP的强度(db )。消耗电流I—VPP的强度峰仅 存在于源于第一至第三时钟信号CLK1至CLK3频率的频率1/T3以 及源于第 一至第三泵电路体23A至23C的间断时间T4的频率1/T4。
因而，并不出现在从去使能状态改变成使能状态时与第 一至第三时钟信号CLK1至CLK3异步的第一至第三泵电路体23A至23C 的操作常规上造成的频率分量1/T5。
如上文所述，^^艮据本实施例，在第一至第三泵电3各体23A至23C 中，响应于从振荡器电路2 2输出的时钟信号和从检测信号同步电路 70A至70C输出的与时钟信号同步的同步检测信号，对第一泵电容 53a至53c和第二泵电容54a至54c进行充电和》文电。因而，可以防 止在第一至第三泵电路体23A至23C的操作响应于检测信号从去使 能状态改变成使能状态时对第一泵电容53a至53c和第二泵电容54a 至54c进行充电和放电。因而，可以将所有第一至第三泵电路体23A 至23C的操作与时钟信号同步，其中包括从去使能状态改变成使能 状态。
也就是说，在与第 一 实施例中 一样按照已经相移的时钟信号来 操作分压的泵电路体23A至23C的情况下，通过使用与用于泵电路 体23A至23C的相应时钟信号CLK同步的同步检测信号作为用于泵 电路体23A至23C的泵使能信号，可以与时钟信号完全同步地操作 所有泵电路体23A至23C，其中包括从去使能状态改变成使能状态。
因此，与在第一实施例中一样，可以防止出现在从去使能状态 改变成使能状态时与时钟信号异步的泵电路体操作所造成的消耗电 流峰以及防止出现与操作时钟频率独立的频率分量的EMI噪声。
具体而言，如图14中所示，在本实施例中的外部电源VPP的消 耗电流I—VPP中，并不存在在使用检测信号DET作为泵使能信号的
常规配置中在从去使能状态改变成使能状态时出现的并且与时钟信 号异步的消耗电流脉沖，而仅存在与时钟信号CLK1至CLK3的上 升沿和下降沿同步的消耗电流脉冲。因而，可以防止出现在响应于
检测信号从去使能状态改变成使能状态时泵电路体的异步操作常规 上造成的I—VPP峰。
上述实施例仅为举例说明，并且可以在本发明的范围内修改配 置。例如在第三实施例中，用RSFF71a至71c和同步反相器7h至 72c配置第一至第三检测信号同步电路70A至70C。除了这样的配置之外，还可以用图IO中所示DFF 75配置第一至第三检测信号同步 电路70A至70C。在用DFF 75配置第 一至第三检测信号同步电路 70A至70C的情况下，可以获得与在第三实施例中相同的效果。
权利要求
1. 一种电荷泵电路，包括电荷泵电路体，包括串联耦合的多个电荷传送元件和各自耦合到相邻电荷传送元件之间的耦合路径的多个电容元件，所述电荷泵电路体通过对相邻电容元件交替地进行充电和放电来提升从外部电源向所述电荷传送元件供应的外部电源电压并且输出高于所述外部电源电压的提升电压；电平检测电路，比较从所述电荷泵电路体输出的所述提升电压与预定参考电压，并且根据比较结果来输出电平检测信号；振荡器电路，响应于从所述电平检测电路输出的所述电平检测信号来输出时钟信号；以及检测信号同步电路，输出通过将从所述电平检测电路输出的所述电平检测信号与从所述振荡器电路输出的所述时钟信号同步而生成的同步检测信号，其中响应于从所述振荡器电路输出的所述时钟信号和从所述检测信号同步电路输出的所述同步检测信号对所述电荷泵电路体中的所述电容元件进行充电和放电。
2. 根据权利要求1所述的电荷泵电路， 其中所述检测信号同步电路包括RS触发器，以及其中在所述R S触发器中，从所述电平检测电路输出的所述电平 检测信号供应到重置端子，从所述振荡器电路输出的所述时钟信号 供应到设置端子，而从反相输出端子输出所述同步检测信号。
3. 根据权利要求1所述的电荷泵电路， 其中所迷检测信号同步电路包括D触发器，以及 其中在所述D触发器中，从所述电平检测电路输出的所述电平检测信号供应到数据输入端子和重置端子，从所述振荡器电路输出 的所述时钟信号供应到时钟输入端子，而从输出端子输出所述同步 检测信号。
4. 一种电荷泵电路，包括多个电荷泵电路体，包括串联耦合的多个电荷传送元件和各自 耦合到相邻电荷传送元件之间的耦合路径的多个电容元件，所述多所述外部电源电压的提升电压；电平检测电路，比较从所述多个电荷泵电路体输出的所述提升 电压与预定参考电压并且根据比较结果来输出电平检测信号；信号向所述多个电荷泵电路体输出相应时钟信号；以及多个检测信号同步电路，与所述多个电荷泵电路体——对应，检测信号同步电路的数目与电荷泵电路体的数目相同，所述多个检测信号同步电路输出通过将从所述电平检测电路输出的所述电平检 测信号与从所述振荡器电路向所述多个电荷泵电路体输出的相应时钟信号同步而生成的同步检测信号，其中响应于从所述振荡器电路输出的所述时钟信号和从所述检 测信号同步电路输出的所述同步检测信号对所述电荷泵电路体中的 所述电容元件进4亍充电和》文电。;。放电来提升 f且输出高于振荡器电路,
全文摘要
提供一种电荷泵电路，该电荷泵电路可以防止出现在从去使能状态改变成使能状态时与操作时钟频率独立的频率分量的EMI噪声。该电荷泵电路包括检测信号同步电路，该检测信号同步电路输出通过将从电平检测电路输出的检测信号与从振荡器电路输出的时钟信号同步而生成的同步检测信号。使用该同步检测信号作为泵使能信号，而响应于该同步检测信号和从振荡器电路输出的时钟信号对泵电路体中的第一泵电容和第二泵电容进行充电和放电。
文档编号G05F1/10GK101546955SQ20091000571
公开日2009年9月30日 申请日期2009年2月3日 优先权日2008年3月24日
发明者谷田进, 铃木隆信 申请人:株式会社瑞萨科技