專利名稱：包含升壓電路的電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含升壓電路的電子器件，更具體地，本發(fā)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(shù)背景近年來，減小了電子器件的電源電壓，以實(shí)現(xiàn)其功率消耗的減小。 所以，升壓電路需要實(shí)現(xiàn)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 源電壓等于或小于2.0V。用于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(shù)量，因此電路規(guī)模變大。因此，提出來一種進(jìn)一步改進(jìn)的 升壓電路(例如，JP 07-079561 A)。圖5示出了常規(guī)的Dickson電荷泵升壓電i 各。常規(guī)的Dickson電荷泵升壓電路具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)升壓單 元串聯(lián)連接在電源端VIN和升壓功率輸出端VOUT之間，每個(gè)升壓單 元包括輸入端IN和輸出端OUT,以及NMOS晶體管NTO，其中NMOS 晶體管NTO作為輸出級晶體管并且是二極管接法的。各個(gè)升壓單元具有相同的結(jié)構(gòu)。例如，升壓單元CP01包括電荷轉(zhuǎn) 移NMOS晶體管NT1,用于對NMOS晶體管NT1的柵極端進(jìn)行充放電 的NMOS晶體管NTGl,升壓電容器Cl,以及用于增加NMOS晶體管 NT1的柵壓的電容器CG1。升壓單元CP01進(jìn)一步包括輸入升壓時(shí)鐘信 號的升壓時(shí)鐘信號輸入端NCLK和輸入用于增加電荷轉(zhuǎn)移NMOS晶體 管NT1的柵壓的時(shí)鐘信號的柵極時(shí)鐘信號輸入端NCLKG。第一升壓時(shí) 鐘信號(M和第二柵極時(shí)鐘信號4)G2被輸入到位于奇數(shù)級的升壓單元 的相應(yīng)輸入端。第二升壓時(shí)鐘信號c])2和第一柵極時(shí)鐘信號(t)Gl被輸入 到位于偶數(shù)級的升壓單元的相應(yīng)輸入端。圖6示出了升壓時(shí)鐘信號和柵極時(shí)鐘信號的信號波形。在第一升壓 時(shí)鐘信號4)1從低電平變到高電平之后，第二升壓時(shí)鐘信號cj)2從高電 平變到低電平。在此之后，第一柵極時(shí)鐘信號4)G1從低電平變到高電
平。在第二升壓時(shí)鐘信號(f)2從低電平變到高電平后，第一升壓時(shí)鐘信號(M從高電平變到低電平。在此之后，第二柵極時(shí)鐘信號(])G2從低電 平變到高電平。因此，形成了相應(yīng)時(shí)鐘信號的波形。在這種波形的情況中，雖然通過NMOS晶體管NTG1使得電荷轉(zhuǎn)移 NMOS晶體管NT1的柵壓等于電源端VIN的電壓，基于第二柵極時(shí)鐘 信號cf)G2使柵壓提高了時(shí)鐘幅度。因此，電荷轉(zhuǎn)移NM0S晶體管NT1 的柵壓被完全接通，所以可以有效地對升壓電容器Cl進(jìn)行充電。然而，常規(guī)Dickson電荷泵升壓電路要求升壓時(shí)鐘信號和柵極時(shí)鐘 信號，即，需要四種時(shí)鐘信號。此外，有必要控制三種時(shí)鐘信號，這樣 在時(shí)鐘信號頻率的半周期中，時(shí)鐘信號的電位的變化的定時(shí)不會彼此重 合。也就是說，為了確定地改變時(shí)鐘信號的電位的變化定時(shí)，有必要增 加時(shí)鐘緩沖電路的驅(qū)動(dòng)功率，以提高時(shí)鐘信號的電位變化速度。因此， 需要驅(qū)動(dòng)功率非常大的時(shí)鐘緩沖電路，由此導(dǎo)致電路規(guī)模增大。當(dāng)用于 將相應(yīng)升壓時(shí)鐘信號的電位變化定時(shí)移位的時(shí)間周期被縮短時(shí)，在時(shí)鐘 緩沖電路的驅(qū)動(dòng)功率發(fā)生變化或者電源電壓之間發(fā)生差異的情況下，升 壓時(shí)鐘信號的電位變化定時(shí)可能會^L此重合。因此，難以增加時(shí)鐘信號 的頻率，導(dǎo)致不能提高升壓速度和升壓功率的問題。由于作為輸出級晶體管并且是二極管接法的NMOS晶體管NTO的 正向電壓的下降，減小了升壓電壓。因此，有必要進(jìn)一步增加串聯(lián)連接 的升壓單元的數(shù)量，所以存在升壓電路和時(shí)鐘緩沖電路的電路規(guī)模進(jìn)一 步增大的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是要解決上述問題。因此本發(fā)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(shí)鐘緩沖電 路和升壓電路的每一個(gè)的電路規(guī)模。根據(jù)本明的包含升壓電路的電子器件，采用了這樣的結(jié)構(gòu)，其 中，在Dickson電荷泵升壓電路中，提供了與用于對升壓單元的電荷轉(zhuǎn) 移NMOS晶體管的柵極端充放電的NMOS晶體管并聯(lián)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(zhuǎn)移NMOS晶體管的 才冊極端連才妄。
而且在上述結(jié)構(gòu)中，作為輸出級晶體管并且是二極管接法的NMOS晶體管NTO被電路所取代，在該電路中，從與升壓單元相同的結(jié)構(gòu)中 省略了升壓電容器。在上述結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步地，采用耗盡型NMOS晶體管作為位于隨后 級中的升壓單元的NMOS晶體管。如上所述，包含本發(fā)明的升壓電路的電子器件具有以下效果?？梢?減小時(shí)鐘緩沖電路和升壓單元的電路規(guī),因此可以實(shí)現(xiàn)成本的減少。 可以增加每個(gè)時(shí)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。采用耗盡型NMOS晶體管作為位于隨后級的升壓單元的NMOS晶 體管，因此可以縮短位于隨后級的升壓單元的每個(gè)NMOS晶體管的W-長度。因此，可以減小升壓電路的電路面積。由于可以縮短每個(gè)NMOS 晶體管的W-長度，所以可以減小由時(shí)鐘緩沖電路驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的電容。 因此，可以進(jìn)一步減小時(shí)鐘緩沖電路的電路規(guī)模，實(shí)現(xiàn)成本降低。


在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第 一實(shí)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(jù)本發(fā)明的第二實(shí)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(jù)本發(fā)明的第二實(shí)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(guī)電子器件的電路圖；以及 圖6是示出常規(guī)電子器件的升壓電路的時(shí)鐘信號的波形圖。
具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施例)圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第 一實(shí)施例的包含升壓電路的電子器件的 電路圖。在第一實(shí)施例中的升壓電路包含以下結(jié)構(gòu)。多個(gè)升壓單元CPn在電 源端VIN和升壓功率輸出端VOUT之間串聯(lián)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(gè)升壓單元CPn包括輸入升壓時(shí)鐘信號的升壓時(shí)鐘輸入端NCLK 和輸入用于增加電荷轉(zhuǎn)移NMOS晶體管NT1的柵壓的柵極時(shí)鐘信號的 柵極時(shí)鐘輸入端NCLKG。第一升壓時(shí)鐘信號(J) 1和第二柵極時(shí)鐘信號4) G2輸入到位于奇數(shù)級的升壓單元的對應(yīng)輸入端。第二升壓時(shí)鐘信號4)2 和第一柵極時(shí)鐘信號(J)G1輸入到位于偶數(shù)級的升壓單元的對應(yīng)輸入 端。輸出級升壓單元CPOUT包括輸入用于增加電荷轉(zhuǎn)移NMOS晶體管 NT1的柵壓的柵極時(shí)鐘信號的柵極時(shí)鐘輸入端NCLKG。第一柵極時(shí)鐘 信號d) Gl輸入到輸出級升壓單元CPOUT的柵極時(shí)鐘輸入端NCLKG。位于第一級的升壓單元CP1包括電荷轉(zhuǎn)移NMOS晶體管NT1,用 于電荷轉(zhuǎn)移NMOS晶體管NT1的柵極的充放電的NMOS晶體管 NTG1,升壓電容器C1以及用于增加NMOS晶體管NT1的柵壓的電容 器CG1。輸入端IN、 NMOS晶體管NT1的漏極和NMOS晶體管NTG1 的漏極相互連接。輸出端OUT、 NMOS晶體管NT1的源極、升壓電容 器Cl的第一電極和NMOS晶體管NTG1的柵極相互連接。NMOS晶體 管NT1的柵極、NMOS晶體管NTG1的源極和電容器CG1的第一電極 相互連接(在第一節(jié)點(diǎn)N1)。升壓電容器C1的第二電極與升壓時(shí)鐘輸 入端NCLK相連接。電容器CG1的第二電極與柵極時(shí)鐘輸入端NCLKG 相連接。位于第二和隨后級的每個(gè)升壓單元CPn還包括NMOS晶體管 NTD1,其漏極和柵極通常與輸入端IN連接，且其源極與NMOS晶體管 NT1的柵極連接。NMOS晶體管NTD1被用來對NMOS晶體管NT1的才冊極進(jìn)行充電。輸出級升壓單元CPOUT具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中從位于第二和隨后 級的升壓單元CPn的其中之一的結(jié)構(gòu)中省略了升壓電容器Cl和升壓時(shí) 鐘輸入端NCLK。采用輸出級升壓單元CPOUT而不是二極管接法的常 頭見NMOS晶體管NTO。在具有上述結(jié)構(gòu)的升壓電路中，根據(jù)位于第二和隨后級的每個(gè)升壓 單元CPn，通過NMOS晶體管NTD1將NMOS晶體管NT1的柵極保持 在等于或大于輸入端電壓的電壓。因此，響應(yīng)于柵極時(shí)鐘信號將輸入電 壓增加?xùn)艠O時(shí)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(guī)升壓電路要移位時(shí)鐘波形的電位反轉(zhuǎn)定時(shí)。在升壓電容器C1的電位被升壓時(shí)鐘信號抬高的時(shí)刻通過NOS晶體管NTG1將增加了柵 極時(shí)鐘電壓的NMOS晶體管NT1的柵極處的電位減小到輸入端電壓。因此，在位于第二和隨后級且如上述構(gòu)造的每個(gè)升壓單元CPn中， 電荷轉(zhuǎn)移NMOS晶體管NT1的柵極由NMOS晶體管NTG1放電，由 NMOS晶體管NTD1充電。因此，與常規(guī)升壓電路不同，不需要移位第 一升壓時(shí)鐘信號(J) 1和第二升壓時(shí)鐘信號cj)2的電位反轉(zhuǎn)定時(shí)。圖2示出了在根據(jù)第一實(shí)施例的升壓電路中的升壓時(shí)鐘信號和柵極時(shí)鐘信號的信號波形。如圖2中所示，第二升壓時(shí)鐘信號cj)2具有通過將第一升壓時(shí)鐘信號(M反轉(zhuǎn)而得到的波形。在第一升壓時(shí)鐘信號(M從低電平變換到高 電平后，第一柵極時(shí)鐘信號d)Gl從低電平變換到高電平。在第二升壓 時(shí)鐘信號d) 2從低電平變換到高電平后，第二柵極時(shí)鐘信號(J) G2從低電 平變換到高電平。如上所述，用于根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的電子器件的升壓電路具 有這樣的結(jié)構(gòu)，用于對NMOS晶體管NT1的柵極進(jìn)行充電的NMOS晶 體管NTD1被添加到常規(guī)電子器件的升壓單元位于第二和隨后級的每個(gè) 升壓單元的電路結(jié)構(gòu)。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(shí)鐘信號(M和第二升壓時(shí)鐘信號d)2的電位變化定 時(shí)移位。也就是說，用于存儲電荷的時(shí)鐘低電平周期比在常規(guī)升壓電路 的情況時(shí)相對要長。因此，可以增加每個(gè)時(shí)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，可以簡化用由于產(chǎn)生時(shí)鐘定 時(shí)的電3各。因此，雖然用于常規(guī)電子器件的升壓電路的問題在于時(shí)鐘緩沖電路 的電路規(guī)模變大，增加了其成本，并且不能提高升壓速度和升壓功率， 但是根據(jù)本發(fā)明的第 一實(shí)施例的升壓電路可以解決該問題。根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的升壓電路包括具有上述結(jié)構(gòu)的輸出級 升壓單元。因此，可能解決為了補(bǔ)償由于二極管接法的NMOS晶體管的 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(shí)鐘緩沖 電路的電路規(guī)模的問題。 (第二實(shí)施例)圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)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(shí)施例的升壓電路 的升壓單元CPDn中，采用耗盡型NMOS晶體管作為第一實(shí)施例1中的 升壓單元CPn的每個(gè)NMOS晶體管。圖4是示出在第二實(shí)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， 采用耗盡型NMOS晶體管作為每個(gè)NMOS晶體管。雖然未示出，第二實(shí)施例中的升壓電路具有與第 一 實(shí)施例中的升壓 電路基本上相同的結(jié)構(gòu)。圖3中所示的升壓單元CPDn被用作隨后級的 升壓單元，其升壓電壓變得更高，并且圖4中所示的輸出級升壓單元 CPDOUT被用于輸出級。根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例中的升壓電路，即使當(dāng)升壓電壓變 得更高的隨后級升壓單元中的每一個(gè)NMOS晶體管的閾值電壓由于背 柵效應(yīng)增加了，驅(qū)動(dòng)功率也不會減少。因此，沒有必要增加每個(gè)NMOS 晶體管的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，這是用于常規(guī)電子器件的升壓電路的問題。
權(quán)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(gè)升壓單元串聯(lián)連接，其中每個(gè)升壓單元為電荷泵型，其中每個(gè)升壓單元包括升壓單元輸入端；升壓單元輸出端；升壓時(shí)鐘輸入端；用于電荷轉(zhuǎn)移的第一NMOS晶體管，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；用于升壓的第一電容器，其第一電極與第一NMOS晶體管的漏極連接，且其第二電極與升壓時(shí)鐘輸入端連接；柵極時(shí)鐘信號輸入端，用于增加第一NMOS晶體管的柵極處的電位；第二電容器，其第一電極與第一NMOS晶體管的柵極連接，且其第二電極與柵極時(shí)鐘信號輸入端連接；第二NMOS晶體管，其漏極與升壓單元輸入端連接，其源極與第一NMOS晶體管的柵極連接，并且其柵極與升壓單元輸出端連接；以及第三NMOS晶體管，其漏極和柵極與升壓單元輸入端連接，且其源極與第一NMOS晶體管的柵極連接。
2. 權(quán)利要求1的電子器件，進(jìn)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；用于電荷轉(zhuǎn)移的第四NMOS晶體管，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晶體管的柵極連接，且其第 二電極與柵極時(shí)鐘信號輸入端連接；第五NMOS晶體管，其漏極與輸出級輸入端連接，其源極與第四 NMOS晶體管的柵極連接，且其柵極與輸出級輸出端連接；以及第六NMOS晶體管，其漏極和柵極與輸出級輸入端連接，且其源極 與第四NMOS晶體管的柵極連接。
3. 權(quán)利要求1的電子器件，其中，在升壓電路中，在隨后級中提供的升壓單元的其中之一包括NMOS晶體管，每一個(gè)NMOS晶體管都 是耗盡型的。
4.權(quán)利要求2的電子器件，其中，在升壓電路中，在隨后級中提 供的升壓單元的其中之一包括NMOS晶體管，每一個(gè)NMOS晶體管都 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(guī)模擴(kuò)大被最小化并且即使在低電源電壓的情況時(shí)效率也很高。提供了與升壓單元中的用于對電荷轉(zhuǎn)移NMOS晶體管的柵極端充放電的NMOS晶體管并聯(lián)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(zhuǎn)移NMOS晶體管的柵極端連接。
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(yōu)先權(quán)日2006年10月2日
發(fā)明者宇都宮文靖 申請人:精工電子有限公司