JP7091113B2 - Semiconductor devices and control methods for semiconductor devices - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置、および半導体装置の制御方法、特に内蔵された電圧変換回路(昇圧回路、降圧回路)により駆動されるメモリ回路を備えた半導体装置、および半導体装置の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for controlling the semiconductor device, particularly a semiconductor device including a memory circuit driven by a built-in voltage conversion circuit (boost circuit, step-down circuit), and a method for controlling the semiconductor device. ..
メモリ回路を備えた半導体装置において昇圧回路を構成する場合、チャージポンプを用いる場合も多い。例えば、チャージポンプを用いた電源回路を有するメモリ回路の従来技術として、例えば特許文献1に開示された可変ステージチャージポンプが知られている。特許文献1に開示された可変ステージチャージポンプは、第1チャージポンプと、第2チャージポンプと、第1チャージポンプの出力を第2チャージポンプの入力に結合する第1スイッチと、第1チャージポンプの入力を第2チャージポンプの入力に結合する第2スイッチと、を備える可変ステージチャージポンプであって、第1スイッチが第1位置にあり、第2スイッチが第2位置にあるとき、第1チャージポンプおよび第2チャージポンプが共通出力ノードへ直列結合され、第1スイッチが第2位置にあり、第2スイッチが第1位置にあるとき、第1チャージポンプおよび第2チャージポンプが共通出力ノードへ並列結合される。 When a booster circuit is configured in a semiconductor device provided with a memory circuit, a charge pump is often used. For example, as a conventional technique of a memory circuit having a power supply circuit using a charge pump, for example, a variable stage charge pump disclosed in Patent Document 1 is known. The variable stage charge pump disclosed in Patent Document 1 includes a first charge pump, a second charge pump, a first switch that couples the output of the first charge pump to the input of the second charge pump, and a first charge pump. A variable stage charge pump comprising a second switch that couples the input of to the input of the second charge pump, the first when the first switch is in the first position and the second switch is in the second position. When the charge pump and the second charge pump are connected in series to the common output node, the first switch is in the second position and the second switch is in the first position, the first charge pump and the second charge pump are in the common output node. Is connected in parallel to.
ここで、特許文献1にも記載されているように、従来、半導体装置においては、消費電力の低減を目的として外部電源電圧を用いる傾向がある。また、半導体装置のプロセスの微細化に伴う酸化膜の耐圧の改善や、電源電圧の平坦化(安定化)の課題に対応するために、半導体チップの内部において、外部電源電圧を必要とする電源電圧に降圧して用いる内部降圧が一般的に行われている。 Here, as described in Patent Document 1, conventionally, in semiconductor devices, there is a tendency to use an external power supply voltage for the purpose of reducing power consumption. In addition, in order to improve the withstand voltage of the oxide film due to the miniaturization of the semiconductor device process and to meet the problems of flattening (stabilizing) the power supply voltage, a power supply that requires an external power supply voltage inside the semiconductor chip. Internal step-down is generally performed by stepping down to a voltage.
一方、例えばフラッシュメモリの書込み、消去、読出し動作のように、電源で供給される電圧を上回る電圧を必要とされる場合も多く、そのような場合には昇圧回路としてチャージポンプ回路が使用される。一般的なチャージポンプ回路は、電荷をポンピングする容量と、ポンピングした電荷を移送し、逆流を防止して昇圧させていくトランスファMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ(電界効果トランジスタ)とから構成される。 On the other hand, there are many cases where a voltage higher than the voltage supplied by the power supply is required, for example, in the write, erase, and read operations of the flash memory, and in such a case, a charge pump circuit is used as a booster circuit. .. A general charge pump circuit is composed of a capacitance for pumping an electric charge and a transfer MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor (field effect transistor) for transferring the pumped electric charge to prevent backflow and boosting the voltage.
また、チャージポンプの出力電圧を目標の昇圧電圧に制御するために、センサ回路を設け、ポンプ動作を継続して該センサ回路が目標以上の電圧になったことを検知した場合にポンプ動作を停止し、停止後駆動電流やリーク電流により昇圧電圧が低下したことを該センサ回路が検知した場合にはポンプ動作を再開する。ポンプ動作、およびその停止と起動により昇圧電圧にリンギングが発生する場合もあるため、例えばフラッシュメモリの読出し時のワード線電圧のように昇圧電圧を変動させたくない場合には、昇圧電圧を降圧して安定的に電圧を供給する降圧電源回路を追加する場合がある。 In addition, in order to control the output voltage of the charge pump to the target boost voltage, a sensor circuit is provided, and the pump operation is continued and the pump operation is stopped when it is detected that the voltage exceeds the target. Then, when the sensor circuit detects that the boosted voltage has dropped due to the drive current or leak current after stopping, the pump operation is restarted. Ringing may occur in the boosted voltage due to the pump operation and its stop and start. Therefore, if you do not want to change the boosted voltage, for example, the word line voltage when reading the flash memory, step down the boosted voltage. In some cases, a step-down power supply circuit that stably supplies voltage may be added.
ここで、上記のようにセンサ回路を設けた場合、昇圧電圧の出力とグラウンド(GND)との間に接続されたP型MOSトランジスタ(以下、「PMOSトランジスタ」によるダイオード接続列や抵抗素子列による分圧回路によって比較電圧を発生させるのが一般的である。この場合、分圧回路を流れる電流によって昇圧電圧源の電力が消費される。このため、特に低速動作時のフラッシュメモリ搭載マイクロコントローラのように、低消費電流が求められる用途には動作電流規格を満たすために分圧回路に流れる電流を絞ることが一般的である。しかしながら、分圧回路に流れる電流を絞ると、上記マイクロコントローラを低速動作から高速動作に切り替えた場合、比較電圧がすぐに追随せず、その間に昇圧電圧が降下し続けて読出しが困難になるという問題があった。また、低速動作時の場合も、昇圧電圧源から分圧回路に電流が流れているために、たとえ分圧回路を流れる電流を絞ったとしても動作電流の損失が大きいという問題があった。このような問題は、昇圧回路に接続された、昇圧回路からの昇圧電圧を降圧させて電源を供給する降圧回路についても同様に発生する。なお、以下では、昇圧回路および降圧回路を総称して「電圧変換回路」という場合がある。 Here, when the sensor circuit is provided as described above, it depends on the diode connection row or resistance element row by the P-type MOS transistor (hereinafter referred to as “Pomycin transistor”) connected between the output of the boosted voltage and the ground (GND). Generally, a comparative voltage is generated by a voltage divider circuit. In this case, the power of the boosted voltage source is consumed by the current flowing through the voltage divider circuit. Therefore, the flash memory-equipped microcontroller especially during low-speed operation. As described above, in applications where low current consumption is required, it is common to throttle the current flowing through the voltage divider circuit in order to meet the operating current standard. However, if the current flowing through the voltage divider circuit is throttled, the above-mentioned microcontroller can be used. When switching from low-speed operation to high-speed operation, there was a problem that the comparison voltage did not follow immediately, and the boosted voltage continued to drop during that time, making reading difficult. Also, even during low-speed operation, the boosted voltage had a problem. Since the current is flowing from the source to the voltage divider circuit, there is a problem that the loss of the operating current is large even if the current flowing through the voltage divider circuit is throttled. Such a problem is connected to the booster circuit. The same applies to a step-down circuit that lowers the boost voltage from the booster circuit to supply power. In the following, the booster circuit and the step-down circuit may be collectively referred to as a “voltage conversion circuit”.
この点、特許文献1に開示された可変ステージチャージポンプは、所与のチャージポンプ電源入力レベルで、異なる出力レベルに対応できるようにすることが目的であり、消費電流の抑制を問題とするものではない。 In this regard, the variable stage charge pump disclosed in Patent Document 1 aims to be able to cope with different output levels at a given charge pump power input level, and has a problem of suppressing current consumption. is not.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、消費電流の増加を抑制しつつ、安定した電圧を供給することが可能な電圧変換回路を備えた半導体装置、および半導体装置の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a semiconductor device having a voltage conversion circuit capable of supplying a stable voltage while suppressing an increase in current consumption, and a semiconductor device. The purpose is to provide a control method.
本発明に係る半導体装置は、第1の速度で動作する第1のモードと、前記第1の速度より速い第2の速度で動作する第2のモードとを有し、電源電圧を入力する第1の入力部、参照電圧を入力する第2の入力部、および比較電圧を入力する第3の入力部を備え、前記参照電圧と前記比較電圧との比較に基づいて前記電源電圧を変換し出力電圧として出力部から出力する電圧変換部と、一方の端子が前記出力部に接続されるとともに、前記出力電圧を分圧した電圧を前記比較電圧として他方の端子から前記第3の入力部に出力する分圧部と、一方の端子が前記出力部に接続され、他方の端子が前記第3の入力部に接続された容量と、を含み、動作モードが前記第1のモードから前記第2のモードに切り替わった際に、前記出力電圧の低下に伴う前記比較電圧の低下が前記容量を介して前記電圧変換部に帰還され、前記分圧部が充電を完了する前に前記出力電圧が上昇するものである。 The semiconductor device according to the present invention has a first mode that operates at a first speed and a second mode that operates at a second speed faster than the first speed, and inputs a power supply voltage. It is provided with an input unit of 1, a second input unit for inputting a reference voltage, and a third input unit for inputting a comparison voltage, and converts and outputs the power supply voltage based on the comparison between the reference voltage and the comparison voltage. A voltage conversion unit that outputs a voltage from the output unit and one terminal are connected to the output unit, and the voltage obtained by dividing the output voltage is output as the comparative voltage from the other terminal to the third input unit. The operation mode includes the voltage dividing unit and the capacitance in which one terminal is connected to the output unit and the other terminal is connected to the third input unit, and the operation mode is from the first mode to the second mode. When the mode is switched, the decrease in the comparative voltage due to the decrease in the output voltage is returned to the voltage conversion unit via the capacitance, and the output voltage increases before the voltage dividing unit completes charging. It is a thing.
本発明に係る他の態様の半導体装置は、第1の速度で動作する第1のモードと、前記第1の速度より速い第2の速度で動作する第2のモードとを有し、電源電圧を入力する第1の入力部、参照電圧を入力する第2の入力部、および比較電圧を入力する第3の入力部を備え、前記参照電圧と前記比較電圧との比較に基づいて前記電源電圧を変換し出力電圧として出力部から出力する電圧変換部と、前記出力部に接続された負荷と、一方の端子が前記出力部に接続されるとともに、前記出力電圧を分圧した電圧を前記比較電圧として他方の端子から前記第3の入力部に出力する分圧部と、前記出力部に接続された放電部と、前記第1のモードから前記第2のモードに切り替えられてから予め定められた期間において、前記放電部に前記第2のモードで前記負荷に流れる負荷電流と同程度の電流を流すように前記放電部を制御する制御部と、を含むものである。 The semiconductor device of another aspect according to the present invention has a first mode operating at a first speed and a second mode operating at a second speed higher than the first speed, and has a power supply voltage. A first input unit for inputting a reference voltage, a second input unit for inputting a reference voltage, and a third input unit for inputting a comparison voltage are provided, and the power supply voltage is based on a comparison between the reference voltage and the comparison voltage. The voltage conversion unit that converts the voltage and outputs the output voltage from the output unit, the load connected to the output unit, and one terminal connected to the output unit, and the voltage obtained by dividing the output voltage is compared. A voltage dividing section that outputs a voltage from the other terminal to the third input section, a discharging section connected to the output section, and a predetermined voltage after switching from the first mode to the second mode. This includes a control unit that controls the discharge unit so that a current equivalent to the load current flowing through the load flows through the discharge unit in the second mode.
一方、本発明に係る半導体装置の制御方法は、第1の速度で動作する第1のモードと、前記第1の速度より速い第2の速度で動作する第2のモードとを有し、電源電圧を入力する第1の入力部、参照電圧を入力する第2の入力部、および比較電圧を入力する第3の入力部を備え、前記参照電圧と前記比較電圧との比較に基づいて前記電源電圧を変換し出力電圧として出力部から出力する電圧変換部、一方の端子が前記出力部に接続されるとともに、前記出力電圧を分圧した電圧を前記比較電圧として他方の端子から前記第3の入力部に出力する分圧部、および一方の端子が前記出力部に接続され、他方の端子が前記第3の入力部に接続された容量を含む半導体装置の制御方法であって、動作モードが前記第1のモードから前記第2のモードに切り替わった際に、前記出力電圧の低下に伴う前記比較電圧の低下を前記容量を介して前記電圧変換部に帰還させ、前記分圧部が充電を完了する前に前記出力電圧を上昇させるものである。 On the other hand, the control method of the semiconductor device according to the present invention has a first mode operating at a first speed and a second mode operating at a second speed faster than the first speed, and has a power supply. The power supply includes a first input unit for inputting a voltage, a second input unit for inputting a reference voltage, and a third input unit for inputting a comparison voltage, based on a comparison between the reference voltage and the comparison voltage. A voltage conversion unit that converts a voltage and outputs it as an output voltage from the output unit, one terminal is connected to the output unit, and the voltage obtained by dividing the output voltage is used as the comparison voltage from the other terminal to the third terminal. It is a control method of a semiconductor device including a voltage dividing unit that outputs to an input unit and a capacitance in which one terminal is connected to the output unit and the other terminal is connected to the third input unit, and the operation mode is When the mode is switched from the first mode to the second mode, the decrease in the comparative voltage due to the decrease in the output voltage is returned to the voltage conversion unit via the capacitance, and the voltage dividing unit charges. The output voltage is increased before completion.
本発明によれば、消費電流の増加を抑制しつつ、安定した電圧を供給することが可能な電圧変換回路を備えた半導体装置、および半導体装置の制御方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device provided with a voltage conversion circuit capable of supplying a stable voltage while suppressing an increase in current consumption, and a control method for the semiconductor device.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。以下の実施の形態では、半導体装置としてメモリ装置、半導体装置の制御方法として該メモリ装置に内蔵され、データアクセスに必要な電位を生成する昇圧回路を制御する昇圧回路制御方法を例示して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiment, a memory device as a semiconductor device and a booster circuit control method built in the memory device as a control method of the semiconductor device and controlling a booster circuit that generates a potential required for data access will be exemplified and described. ..
[第1の実施の形態]
図1を参照して、本実施の形態に係るメモリ装置50および昇圧回路制御方法について説明する。
[First Embodiment]
The
図1に示すように、メモリ装置50は、昇圧回路52およびメモリ部54を含んで構成されている。
As shown in FIG. 1, the
昇圧回路52は、発振回路1、昇圧クロック生成回路2、チャージポンプ回路3、参照電圧発生回路4、分圧回路5、定電流源回路6、タイミング発生回路7、センサ回路8、降圧回路10、分圧回路11、NMOSトランジスタ16、17-1~17-4、18-1~18-4を備えている。
The
チャージポンプ回路3は、駆動クロック信号に同期して動作するコンデンサとスイッチを組み合わせることによって電圧を上昇させるための回路であり、本実施の形態では、電位VDDの電源電圧を基準として電圧を上昇させ、出力電圧VCPとして出力する。
The
昇圧クロック生成回路2は、発振回路1からのクロック信号を、チャージポンプ回路3を動作させるための上記駆動クロック信号に変換する。発振回路1は、昇圧クロック生成回路2が上記駆動クロック信号の元となるクロック信号を生成するためのオシレータである。発振回路1は、センサ回路8からの制御信号SAOによって起動/停止が制御される。
The boost
降圧回路10は、出力電圧VCPを降圧させてメモリ部54を動作させるための電圧を発生させる。本実施の形態では、降圧回路10からの降圧電圧は、NMOSトランジスタ16を介し、出力電圧VREGとして出力される。降圧回路10の非反転入力には、後述の参照電圧発生回路4からの参照電圧VREF2が入力され、反転入力には後述の比較電圧VDET2が入力されている。降圧回路10には直列に接続されたNMOSトランジスタ17-2および18-2が接続されている。NMOSトランジスタ18-2は降圧回路10に定電流を供給するトランジスタであり、降圧回路10は該定電流が供給されることにより動作する。NMOSトランジスタ17-2は、該定電流を流すか遮断するかを制御するスイッチである。
The step-
分圧回路11は、出力電圧VREGを分圧し、比較電圧VDET2を発生させる。分圧回路11はPMOSダイオード接続列11aと容量11bを備えている。比較電圧VDET2はPMOSダイオード接続列11aの途中から取り出され、容量11bは、出力電圧VREGと比較電圧VDET2との間に接続されている。PMOSダイオード接続列11aには直列に接続されたNMOSトランジスタ17-1および18-1が接続されている。NMOSトランジスタ18-1はPMOSダイオード接続列11aに定電流を供給するトランジスタであり、PMOSダイオード接続列11aは該定電流が供給されることにより動作する。NMOSトランジスタ17-1は、該定電流を流すか遮断するかを制御するスイッチである。
The
分圧回路5は出力電圧VCPを分圧し、出力電圧VCPのモニタ電圧である比較電圧VDETを発生させる。分圧回路5の構成は特に限定されず、PMOSダイオード接続列、抵抗列等によって構成されるが、本実施の形態ではPMOSダイオード接続列とされている。分圧回路5には直列に接続されたNMOSトランジスタ17-3および18-3が接続されている。NMOSトランジスタ18-3は分圧回路5に定電流を供給するトランジスタであり、分圧回路5は該定電流が供給されることにより動作する。NMOSトランジスタ17-3は、該定電流を流すか遮断するかを制御するスイッチである。 The voltage dividing circuit 5 divides the output voltage VCP and generates a comparative voltage VDET which is a monitor voltage of the output voltage VCP. The configuration of the voltage dividing circuit 5 is not particularly limited, and is composed of a polyclonal diode connection row, a resistance row, and the like, but in the present embodiment, it is a polyclonal diode connection row. The nanotube transistors 17-3 and 18-3 connected in series are connected to the voltage dividing circuit 5. The NOTE transistor 18-3 is a transistor that supplies a constant current to the voltage dividing circuit 5, and the voltage dividing circuit 5 operates by supplying the constant current. The NOTE transistor 17-3 is a switch that controls whether the constant current is passed or cut off.
参照電圧発生回路4は、上記参照電圧VREF2とセンサ回路8に供給する参照電圧VREFを発生させる。参照電圧発生回路4は、ディープパワーダウン信号DPPDNによって起動/停止が制御される。本実施の形態に係るディープパワーダウンとは、パワーダウンのうちでもメモリ装置50に付随する回路の大部分の動作を停止させるパワーダウンを意味し、図示しない制御回路等から供給される。ディープパワーダウン信号DPPDNは制御信号の一例であって、他の適宜な制御信号を用いてもよい。
The reference voltage generation circuit 4 generates the
センサ回路8は出力電圧VCPの電圧レベルを監視し、監視した電圧レベルに応じて発振回路1を制御する制御信号SAOを生成する。センサ回路8には直列に接続されたNMOSトランジスタ17-4および18-4が接続されている。NMOSトランジスタ18-4はセンサ回路8に定電流を供給するトランジスタであり、センサ回路8は該定電流が供給されることにより動作する。NMOSトランジスタ17-4は、該定電流を流すか遮断するかを制御するスイッチである。
The
タイミング発生回路7は、NMOSトランジスタ17-1~17-4のゲートに接続され、活性化信号ENSAによってNMOSトランジスタ17-1~17-4のオン/オフを制御する。定電流源回路6は、NMOSトランジスタ18-1~18-4のゲートに接続され、NMOSトランジスタ18-1~18-4が定電流を流すためのバイアス電圧VBIASを供給している。タイミング発生回路7および定電流源回路6は、ディープパワーダウン信号DPPDNによって制御される。NMOSトランジスタ18-1~18-4のソースはグランド(GND)に接続されている。
The
メモリ部54は、複数のメモリセル30と、複数のメモリセル30を駆動するドライバ回路9を備えている。ドライバ回路9は、アドレス信号をデコードしたデコード信号に基づいて、メモリセル30に接続されたワード線に必要な電圧を供給する。例えば、メモリ装置50が微細化の進んだフラッシュメモリの場合には、昇圧回路52によって発生した出力電圧VREGを、ドライバ回路9を通してメモリセル30のワード線に供給し、読出し動作を行う。なお、本実施の形態に係るメモリ装置50は、低速で読出す低速動作モード、および高速で読出す高速動作モードを備えている。
The
次に、図1(b)を参照して、昇圧回路52の動作について説明する。図1(b)は、ディープパワーダウン信号DPPDN、チャージポンプの出力電圧VCP、降圧回路の出力電圧VREG、およびデコード信号の各々の動作波形を示したタイミングチャートである。ディープパワーダウン信号DPPDNが解除されると、タイミング発生回路7、定電流源回路6、センサ回路8、分圧回路5、降圧回路10、分圧回路11、参照電圧発生回路4が活性化される。
Next, the operation of the
ディープパワーダウン信号DPPDNが時刻t1で解除されると、参照電圧発生回路4から参照電圧VREF、定電流源回路6から定電流源のバイアス電圧VBIASが発生するとともに、タイミング発生回路7から活性化信号ENSAが発生する。センサ回路8と分圧回路5は活性化されたバイアス電圧VBIASと活性化信号ENSAを受けて動作を開始する。
When the deep power down signal DPPDN is released at time t1, the reference voltage VREF is generated from the reference voltage generation circuit 4, the bias voltage VBIAS of the constant current source is generated from the constant
分圧回路5から発生した比較電圧VDETが参照電圧VREFより大きくなるまで、すなわちチャージポンプ回路3の出力電圧VCPが昇圧目標電圧VPWLより大きくなるまで、センサ回路8の出力信号である制御信号SAOをハイレベル(以下、「H」)とする。発振回路1は制御信号SAOがHの間クロック信号を発生し続け、昇圧クロック生成回路2を介してチャージポンプ回路3を駆動する。
The control signal SAO, which is the output signal of the
チャージポンプ回路3の出力電圧VCPの電圧が昇圧目標電圧VPWLに到達すると、制御信号SAOはロウレベル(以下、「L」)となり、出力電圧VCPの制御はセンサ回路8の制御による間欠動作に移行する。
When the voltage of the output voltage VCP of the
一方、降圧回路10と分圧回路11も活性化されたバイアス電圧VBIASと活性化信号ENSAを受けて動作を開始し、出力電圧VREGを目標電圧VWLに収束させる。
On the other hand, the step-
メモリ装置50が時刻t2で低速動作から高速動作に移行すると、ドライバ回路9によって出力電圧VREGを消費する電流が急増して降圧回路10の均衡が崩れ、一時的に出力電圧VREGが降下する。出力電圧VREGが降下すると、容量11bのカップリング作用により比較電圧VDET2のノード電圧を低下させ、降圧回路10の出力ドライバであるNMOSトランジスタ16のゲートの電圧を上げ、時刻t3で出力電圧VREGの上昇を開始させる。
When the
その後、PMOSダイオード接続列11aが、比較電圧VDET2が出力電圧VREGの分圧電圧になるのに必要な充電を完了させるため、出力電圧VREGは目標電圧VWLに制御される(時刻t4)。時刻t2からt4までの出力電圧の効果を電圧降下量ΔVWLという。
After that, the output voltage VREG is controlled to the target voltage VWL so that the polyclonal
以上詳述したように、本実施の形態に係る半導体装置、および半導体装置の制御方法によれば、出力電圧VREGの負荷が高速動作モードに伴う高負荷に切り替わった際に、PMOSダイオード接続列11aが比較電圧VDET2を出力電圧VREGの分圧電圧に充電を完了させる前に、出力電圧VREGの上昇が開始されるので、出力電圧VREGの電圧降下量ΔVWLを小さくすることができる。このため、PMOSダイオード接続列11aに流す電流を絞ることが可能となるので、動作電流削減とメモリセル読出しの安定化(出力電圧VREGの安定化)を両立させることができる。
As described in detail above, according to the semiconductor device according to the present embodiment and the control method of the semiconductor device, when the load of the output voltage VREG is switched to the high load associated with the high-speed operation mode, the polyclonal
[第2の実施の形態]
図2を参照して、本実施の形態に係るメモリ装置50Aおよび昇圧回路制御方法について説明する。本実施の形態に係るメモリ装置50Aは、メモリ装置50の昇圧回路52を昇圧回路52Aに置き換えた形態である。従って、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
The
図2(a)に示すように、昇圧回路52Aは、昇圧回路52にタイミング発生回路13および放電回路12が追加されている。
As shown in FIG. 2A, in the
タイミング発生回路13は、モード信号FMODEを入力とし、モード信号FMODEに応じて放電(ディスチャージ)信号DISCを発生する。モード信号FMODEは、昇圧回路52Aを搭載するメモリ装置50Aの読出し動作速度を定義しており、モード信号FMODEがLで低速動作(読出し)モード、Hで高速動作(読出し)モードとなっている。
The
放電回路12は、出力電圧VREGに接続されたPMOSダイオード接続列12aおよびNMOSトランジスタ12bを備えている。NMOSトランジスタ12bのゲートには放電信号DISCが入力され、放電信号DISCによってNMOSトランジスタ12bがオンすると放電回路12が活性化される。
The
図2(b)を参照して、昇圧回路52Aの動作について説明する。図2(b)は、ディープパワーダウン信号DPPDN、チャージポンプの出力電圧VCP、降圧回路10の出力電圧VREG、モード信号FMODE、放電信号DISC、およびデコード信号の各々の動作波形を示したタイミングチャートである。
The operation of the
時刻t1でディープパワーダウン信号DPPDNが解除されると、チャージポンプ回路3の出力電圧VCP、降圧回路の出力電圧VREGは図1(b)で説明した動作と同様に動作する。図2(b)の例では、時刻t2で、低速動作のデコード信号が入力されている。
When the deep power down signal DPPDN is released at time t1, the output voltage VCP of the
その後、時刻t3でモード信号FMODEが低速動作モードから高速動作モードに切り替わると、その直後、放電信号DISCがHとなり、高速動作時の負荷電流と同程度の負荷電流が放電回路12を介して流れる。
After that, when the mode signal FMODE is switched from the low-speed operation mode to the high-speed operation mode at time t3, immediately after that, the discharge signal DISC becomes H, and a load current equivalent to the load current during high-speed operation flows through the
出力電圧VREGが目標電圧VWLに収束した後、時刻t4で放電信号DISCがLになり、高速動作(読出し)を開始する。放電信号DISCがHの期間は、高速動作セットアップ期間SUTとして、高速読出し動作を禁止する。 After the output voltage VREG converges to the target voltage VWL, the discharge signal DISC becomes L at time t4, and high-speed operation (reading) is started. During the period when the discharge signal DISC is H, the high-speed operation setup period SUT is set, and the high-speed read operation is prohibited.
本実施の形態に係るメモリ装置および昇圧回路制御方法によれば、高速切り替え時に高速動作セットアップ時間を短縮できるとともに、高速動作セットアップ期間SUT後に、出力電圧VREGの電圧降下量ΔVWLに関係なく安定的に読出し動作をさせることができる。 According to the memory device and the booster circuit control method according to the present embodiment, the high-speed operation setup time can be shortened at the time of high-speed switching, and after the high-speed operation setup period SUT, the output voltage VREG is stably irrespective of the voltage drop amount ΔVWL. The read operation can be performed.
なお、本実施の形態では、放電回路12の他に容量11bを備えた形態を例示して説明したが、放電回路12と容量11bの作用は共通しているので、容量11bを除いた形態としてもよい。
In addition, in this embodiment, the embodiment provided with the
[第3の実施の形態]
図3を参照して、本実施の形態に係るメモリ装置50Bおよび昇圧回路52Bの昇圧回路制御方法について説明する。本実施の形態は、上記メモリ装置50において、昇圧回路52を昇圧回路52Bに変更した形態であり、昇圧回路52Bは、昇圧回路52の分圧回路11を分圧回路20に変更している。本実施の形態に係る分圧回路20は、分圧回路11にショート回路14およびタイミング発生回路15を追加している。その他の構成についてはメモリ装置50と同様なので、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
[Third Embodiment]
A booster circuit control method for the memory device 50B and the booster circuit 52B according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the
図3(a)に示すように、分圧回路20は、PMOSダイオード接続列11a、容量11b、およびショート回路14を備えている。
As shown in FIG. 3A, the
ショート回路14は、PMOSダイオード接続列11aの分圧電圧VDET3を出力する端子と、容量11bの比較電圧VDET2側の端子との間に接続されている。ショート回路14は以下で説明する活性化信号ENSKによって制御され、PMOSダイオード接続列11aと容量11bとの間を接続または遮断するスイッチとして機能する。
The
図4に、ショート回路14の具体的回路例を示す。ショート回路14は、パストランジスタ(トランスファーゲート)21およびインバータ22を備えている。そして、活性化信号ENSKに基づいて、分圧電圧VDET3の端子と比較電圧VDET2の端子との間を接続または遮断する。本ショート回路14によれば、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタによってノイズがキャンセルされるので、ショート回路14をオフする(遮断する)際にカップリングノイズで比較電圧VDET2の電位が変動し、活性化信号ENSKがLの期間において出力電圧VREGの制御電圧がずれるのを抑制する効果を奏する。
FIG. 4 shows a specific circuit example of the
タイミング発生回路15はディープパワーダウン信号DPPDNを入力とし、活性化信号ENSKを出力する。活性化信号ENSKはNMOSトランジスタ17-1のゲートおよびショート回路14に供給され、NMOSトランジスタ17-1およびショート回路14の動作を制御する。
The
次に、図3(b)を参照して、昇圧回路52Bの動作について説明する。図3(b)は、ディープパワーダウン信号DPPDN、チャージポンプ回路3の出力電圧VCP、降圧回路10の出力電圧VREG、および活性化信号ENSKの動作波形を示すタイミングチャートである。
Next, the operation of the booster circuit 52B will be described with reference to FIG. 3 (b). FIG. 3B is a timing chart showing operation waveforms of the deep power down signal DPPDN, the output voltage VCP of the
タイミング発生回路15から出力される活性化信号ENSKは、ディープパワーダウン信号DPPDNがLになってから、降圧回路10の出力電圧VREGが目標電圧VWLに収束するまでの間以上の期間を活性化期間T1としてHとされる(時刻t1からt2の間)。活性化信号ENSKがHとされると、ショート回路14が導通し、NMOSトランジスタ17-1がオンとされる。その後活性化信号ENSKは、時刻t3から活性化周期T2の間隔で活性化期間T3の期間Hとされる(時刻t3からt4の間)。図3(b)では、時刻t5、t6において活性化周期T2が開始されている。
The activation signal ENSK output from the
活性化信号ENSKがLの期間は、ショート回路14が遮断され、容量11bに蓄えられた電荷で比較電圧VDET2が維持され、出力電圧VREGを昇圧目標電圧VPWLに向けて制御する。容量11bの電極間のリークやショート回路14の拡散層のリークにより容量11bに蓄えられた電荷が減少して出力電圧VREGの制御電圧が降下し、目標電圧VWLの許容電圧降下量を超える前に(すなわち活性化周期T2ごとに)、活性化期間T3において容量11bを再充電することによって、目標電圧VWLへの収束に向けて出力電圧VREGの制御を維持する。
During the period when the activation signal ENSK is L, the
本実施の形態によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することに加えて、動作中、活性化期間T3を除いて分圧回路20に流れる電流を遮断することができるので、タイミング発生回路15のタイマ動作による消費電流増加を考慮しても、動作電流をさらに削減することが可能となる。また、容量11bを有しない従来の分圧回路を間欠動作させる場合と比較して、活性化期間T3を除く活性化周期T2の間に分圧回路20を流れる電流で出力電圧VREGが電圧降下することがないため、さらに間欠動作期間中も常に出力電圧VREGを制御しておくことが可能になるため、活性化周期T2(間欠周期)を長くとることができ、動作電流が低減される。
According to the present embodiment, in addition to achieving the same effect as that of the above-described embodiment, the current flowing through the
1 発振回路
2 昇圧クロック生成回路
3 チャージポンプ回路
4 参照電圧発生回路
5 分圧回路
6 定電流源回路
7 タイミング発生回路
8 センサ回路
9 ドライバ回路
10 降圧回路
11 分圧回路
11a PMOSダイオード接続列
11b 容量
12 放電回路
12a PMOSダイオード接続列
12b NMOSトランジスタ
13 タイミング発生回路
14 ショート回路
15 タイミング発生回路
16、17-1~17-4、18-1~18-4 NMOSトランジスタ
20 分圧回路
21 パストランジスタ
22 OR回路
30 メモリセル
50、50A、50B メモリ装置
52、52A、52B 昇圧回路
54 メモリ部
1
Claims (7)
電源電圧を入力する第1の入力部、参照電圧を入力する第2の入力部、および比較電圧を入力する第3の入力部を備え、前記参照電圧と前記比較電圧との比較に基づいて前記電源電圧を変換し出力電圧として出力部から出力する電圧変換部と、
一方の端子が前記出力部に接続されるとともに、前記出力電圧を分圧した電圧を前記比較電圧として他方の端子から前記第3の入力部に出力する分圧部と、
一方の端子が前記出力部に接続され、他方の端子が前記第3の入力部に接続された容量と、を含み、
動作モードが前記第1のモードから前記第2のモードに切り替わった際に、前記出力電圧の低下に伴う前記比較電圧の低下が前記容量を介して前記電圧変換部に帰還され、前記分圧部が充電を完了する前に前記出力電圧が上昇する
半導体装置。 It has a first mode that operates at a first speed and a second mode that operates at a second speed that is faster than the first speed.
A first input unit for inputting a power supply voltage, a second input unit for inputting a reference voltage, and a third input unit for inputting a comparison voltage are provided, and the reference voltage is compared with the comparison voltage. A voltage converter that converts the power supply voltage and outputs it as an output voltage from the output section,
A voltage dividing section in which one terminal is connected to the output section and the voltage obtained by dividing the output voltage is used as the comparative voltage and output from the other terminal to the third input section.
One terminal is connected to the output unit and the other terminal is connected to the third input unit.
When the operation mode is switched from the first mode to the second mode, the decrease in the comparative voltage accompanying the decrease in the output voltage is fed back to the voltage conversion unit via the capacitance, and the voltage dividing unit is used. A semiconductor device in which the output voltage rises before the charging is completed.
前記スイッチを導通させて前記容量を充電させるとともに前記分圧部を充電させる第1の期間、および前記スイッチを遮断して前記容量に蓄えられた電荷で前記比較電圧を生成させる第2の期間が交互に到来するように前記スイッチを制御する制御部と、をさらに含む
請求項1に記載の半導体装置。 A switch connected between the other terminal of the capacitance and the other terminal of the voltage dividing portion,
The first period in which the switch is made conductive to charge the capacitance and the voltage dividing portion is charged, and the second period in which the switch is shut off and the charge stored in the capacitance is used to generate the comparative voltage. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a control unit that controls the switches so as to arrive alternately.
請求項2に記載の半導体装置。 The control unit further controls the switch to conduct the switch for a third period longer than the period until the output voltage converges to the target voltage before the first period and the second period arrive. The semiconductor device according to claim 2.
電源電圧を入力する第1の入力部、参照電圧を入力する第2の入力部、および比較電圧を入力する第3の入力部を備え、前記参照電圧と前記比較電圧との比較に基づいて前記電源電圧を変換し出力電圧として出力部から出力する電圧変換部と、
前記出力部に接続された負荷と、
一方の端子が前記出力部に接続されるとともに、前記出力電圧を分圧した電圧を前記比較電圧として他方の端子から前記第3の入力部に出力する分圧部と、
前記出力部に接続された放電部と、
前記第1のモードから前記第2のモードに切り替えられてから予め定められた期間において、前記放電部に前記第2のモードで前記負荷に流れる負荷電流と同程度の電流を流すように前記放電部を制御する制御部と、を含む
半導体装置。 It has a first mode that operates at a first speed and a second mode that operates at a second speed that is faster than the first speed.
A first input unit for inputting a power supply voltage, a second input unit for inputting a reference voltage, and a third input unit for inputting a comparison voltage are provided, and the reference voltage is compared with the comparison voltage. A voltage converter that converts the power supply voltage and outputs it as an output voltage from the output section,
With the load connected to the output unit,
A voltage dividing section in which one terminal is connected to the output section and the voltage obtained by dividing the output voltage is used as the comparative voltage and output from the other terminal to the third input section.
The discharge unit connected to the output unit and
During a predetermined period after switching from the first mode to the second mode, the discharge is such that a current equivalent to the load current flowing through the load in the second mode flows through the discharge unit. A semiconductor device that includes a control unit that controls the unit.
動作モードが第1のモードから第2のモードに切り替わった際に、前記出力電圧の低下に伴う前記比較電圧の低下が前記容量を介して前記電圧変換部に帰還され、前記分圧部が充電を完了する前に前記出力電圧が上昇する
請求項4に記載の半導体装置。 One terminal is connected to the output unit, and the other terminal further includes a capacitance connected to the third input unit.
When the operation mode is switched from the first mode to the second mode, the decrease in the comparative voltage accompanying the decrease in the output voltage is returned to the voltage conversion unit via the capacitance, and the voltage dividing unit is charged. The semiconductor device according to claim 4, wherein the output voltage rises before the completion of the above.
前記第1のモードが前記メモリセルを低速で読み出すモードであり、前記第2のモードが前記メモリセルを高速で読み出すモードである
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The output unit is further provided with a plurality of memory cells as loads connected via a drive circuit.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first mode is a mode for reading the memory cell at a low speed, and the second mode is a mode for reading the memory cell at a high speed. ..
半導体装置の制御方法。 A first input unit having a first mode operating at a first speed and a second mode operating at a second speed faster than the first speed, and a reference voltage for inputting a power supply voltage. A voltage that is provided with a second input unit for input and a third input unit for inputting a comparison voltage, converts the power supply voltage based on the comparison between the reference voltage and the comparison voltage, and outputs the output voltage as an output voltage. The conversion unit, one terminal is connected to the output unit, the voltage division unit that outputs the voltage obtained by dividing the output voltage as the comparison voltage from the other terminal to the third input unit, and one terminal. Is a control method for a semiconductor device including a capacitance connected to the output unit and the other terminal connected to the third input unit, and the operation mode is switched from the first mode to the second mode. At that time, the decrease in the comparative voltage due to the decrease in the output voltage is fed back to the voltage conversion unit via the capacitance, and the output voltage is increased before the voltage dividing unit completes charging. Control method.
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