專利名稱：電荷泵型的升壓系統(tǒng)以及半導(dǎo)體芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電荷泵(charge pump)型的升壓系統(tǒng)以及半導(dǎo)體芯片。
背景技術(shù)：
在液晶顯示裝置中，為了驅(qū)動液晶面板而需要比電源電壓高的電壓，在構(gòu)成液晶面板的驅(qū)動電路的半導(dǎo)體集成電路內(nèi)具備對電源電壓進(jìn)行升壓的電荷泵型的升壓系統(tǒng)。圖I示出了現(xiàn)有的電荷泵型的升壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該現(xiàn)有的升壓系統(tǒng)具備調(diào)節(jié)器(regulator) 11和電荷泵電路12。調(diào)節(jié)器11為了生成并輸出恒定電壓而具備運(yùn)算放大器15以及電阻Rl、R2。運(yùn)算放大器15以電源電壓VDD進(jìn)行工作，向運(yùn)算放大器15的非反相輸入端子施加電壓源14的基準(zhǔn)電壓Vref。在運(yùn)算放大器15的輸出端子和基準(zhǔn)電位(接地)端子之間串聯(lián)連接有電阻Rl、R2。電阻Rl、R2構(gòu)成分壓電路，將電阻Rl、R2的連接點(diǎn)的電 壓作為分壓電壓。將分壓電壓供給到運(yùn)算放大器15的反相輸入端子。電荷泵電路12具備開關(guān)元件SWl SW4和外部連接的電容器(電容)Cl C3。此外，電荷泵電路12具有連接端子Al A4，連接端子Al與運(yùn)算放大器15的輸出端子連接。開關(guān)元件SWl連接在連接端子Al和連接端子A3之間，開關(guān)元件SW2連接在連接端子Al和連接端子A4之間，開關(guān)元件SW3連接在連接端子A2和連接端子A3之間，開關(guān)元件SW4連接在連接端子A4和基準(zhǔn)電位端子之間。電容器Cl連接在連接端子Al和基準(zhǔn)電位端子之間，電容器C2連接在連接端子A2和基準(zhǔn)電位端子之間，電容器C3連接在連接端子A3和A4之間。在這樣的現(xiàn)有的升壓系統(tǒng)中，在調(diào)節(jié)器11中運(yùn)算放大器15的輸出電壓VLl被電阻Rl、R2分壓，將該分壓電壓供給到運(yùn)算放大器15的反相輸入端子。由于運(yùn)算放大器15以分壓電壓與被施加到非反相輸入端子的基準(zhǔn)電壓Vref相等的方式進(jìn)行工作，所以輸出電壓VLl穩(wěn)定。由于將輸出電壓VLl施加到電荷泵電路12的電容器Cl，所以在電容器Cl對電荷進(jìn)行蓄電。由此，能夠進(jìn)一步謀求輸出電壓VLl的穩(wěn)定化。在電荷泵電路12中，如圖2所示那樣，開關(guān)元件SWl SW4導(dǎo)通截止。S卩，在開關(guān)元件SW1、SW4導(dǎo)通的第一步驟期間，開關(guān)元件SW2、SW3截止。另一方面，在開關(guān)元件SW1、SM截止的第二步驟期間，開關(guān)元件SW2、SW3導(dǎo)通。在第一步驟以及第二步驟中向電容器Cl施加運(yùn)算放大器15的輸出電壓VL1。在第一步驟中，由于當(dāng)開關(guān)元件SW1、SW4導(dǎo)通時，將輸出電壓VLl施加到電容器C3，泵電流流過，在電容器C3對電荷進(jìn)行蓄電，所以電容器C3的兩端間電壓為VL1。在第二步驟中，當(dāng)開關(guān)元件SW1、SW4截止而代替地是開關(guān)元件SW2、SW3導(dǎo)通時，向電容器C2施加電容器C3和電容器Cl的電壓之和，電容器C3的電荷流入電容器C2。通過重復(fù)該第一步驟和第二步驟，從而電容器C2即連接端子A2的電壓VL2為電壓VLl的2倍。另一方面，在專利文獻(xiàn)I中公開了如下技術(shù)為了防止在設(shè)置于電荷泵的后級的調(diào)節(jié)器的起動時由電荷泵進(jìn)行升壓后的電壓由于平滑電容器而降低，而在調(diào)節(jié)器內(nèi)并聯(lián)設(shè)置開關(guān)并且從導(dǎo)通電阻高的開關(guān)起依次導(dǎo)通。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2005-44203號公報(bào)?？墒?，在上述的現(xiàn)有的升壓系統(tǒng)中，由于運(yùn)算放大器15的輸出端子經(jīng)由連接端子Al與電容器Cl連接，所以在對運(yùn)算放大器15施加電源電壓VDD稍后，為了使電容器Cl蓄電而從運(yùn)算放大器15向電容器Cl流入沖擊電流。此外，在開關(guān)元件SW1、SW4導(dǎo)通的第一步驟開始稍后，為了使電容器C3蓄電而從運(yùn)算放大器15經(jīng)由開關(guān)元件SWl向電容器C3流入沖擊電流。當(dāng)流過這樣的沖擊電流時，由沖擊電流引起的電源電壓VDD的降低特別是在電池等的容量小的電源中發(fā)生。存在電源電壓VDD的降低引起共用電源的裝置內(nèi)的驅(qū)動電路等的其它電路的錯誤工作的可能性。在此，本申請的發(fā)明者研究了如下技術(shù)為了抑制在調(diào)節(jié)器11起動稍后由電荷泵引起的電源電壓的降低，而在調(diào)節(jié)器11內(nèi)并聯(lián)設(shè)置多個晶體管并且從導(dǎo)通電阻高的晶體 管起依次進(jìn)行工作?？墒牵谠撉闆r下，需要在電荷泵電路中流過第一步驟中如圖I所示那樣的使電容器C3蓄電的電流，因此為了抑制由該第一步驟的工作引起的電源電壓的降低，需要在每次使電容器C3蓄電時對調(diào)節(jié)器的2個晶體管的工作定時進(jìn)行控制，但在該情況下，每次調(diào)節(jié)器的驅(qū)動能力會降低。因此明確了在利用調(diào)節(jié)器的輸出電壓的其它電路存在的情況下，產(chǎn)生使該其它電路的工作不穩(wěn)定的新的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種升壓系統(tǒng)以及半導(dǎo)體芯片，在將調(diào)節(jié)器的輸出電壓不僅向電荷泵電路供給而且還向其它電路供給的情況下不會使其它電路的工作不穩(wěn)定并且電荷泵電路能進(jìn)行泵工作。本發(fā)明的電荷泵型的升壓系統(tǒng)，具備輸出恒定電壓的調(diào)節(jié)器和對所述調(diào)節(jié)器的輸出端子的電壓進(jìn)行升壓的電荷泵電路，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器具備差動放大部，將基于所述輸出端子的電壓的反饋電壓和基準(zhǔn)電壓作為差動輸入；以及輸出級，具有一端連接于電源電壓的施加端子、另一端連接于所述輸出端子并根據(jù)所述差動放大部的輸出信號而被控制的PN結(jié)元件，所述電荷泵電路具備被施加來自所述輸出端子的電壓來進(jìn)行蓄電的第一電容器、第二電容器、第三電容器、第一開關(guān)單元、以及第二開關(guān)單元，作為升壓工作，依次執(zhí)行如下第一步驟和第二步驟，在所述第一步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，所述第二開關(guān)單元變?yōu)榻刂梗瑢⑺鲚敵龆俗拥碾妷航?jīng)由所述第一開關(guān)單元施加到第二電容器來使所述第二電容器蓄電，在所述第二步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)榻刂?，所述第二開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，將所述第一電容器的兩端電壓和所述第二電容器的兩端電壓的電壓之和經(jīng)由所述第二開關(guān)單元施加到第三電容器來使所述第三電容器蓄電，所述PN結(jié)元件在從所述調(diào)節(jié)器的起動時起到經(jīng)過第一規(guī)定時間為止與所述第一規(guī)定時間經(jīng)過后相比使內(nèi)部電阻變高，限制從所述電源電壓的施加端子流向所述第一電容器的電流，所述第一開關(guān)單元在從所述升壓工作開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止與所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高，限制從所述輸出端子流向所述第二電容器的電流。本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片，具備輸出恒定電壓的調(diào)節(jié)器和對所述調(diào)節(jié)器的輸出端子的電壓進(jìn)行升壓的電荷泵電路，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器具備差動放大部，將基于所述輸出端子的電壓的反饋電壓和基準(zhǔn)電壓作為差動輸入；以及輸出級，具有一端與電源電壓的施加端子連接、另一端與所述輸出端子連接并根據(jù)所述差動放大部的輸出信號而被控制的PN結(jié)元件，所述電荷泵電路具備外部連接被施加來自所述輸出端子的電壓來進(jìn)行蓄電的第一電容器的一端的第一端子、用于外部連接第二電容器的兩端的第二端子和第三端子、用于外部連接第三電容器的第四端子、第一開關(guān)單元、以及第二開關(guān)單元，作為升壓工作依次執(zhí)行如下第一步驟和第二步驟，在所述第一步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，所述第二開關(guān)單元變?yōu)榻刂?，將所述輸出端子的電壓?jīng)由所述第一開關(guān)單元施加到第二電容器來使所述第二電容器蓄電，在所述第二步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)榻刂?，所述第二開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，將所述第一電容器的兩端電壓和所述第二電容器的兩端電壓的電壓之和經(jīng)由所述第二開關(guān)單元施加到第三電容器來使所述第三電容器蓄電，所述PN結(jié)元件在從所述調(diào)節(jié)器的起動時起到經(jīng)過第一規(guī)定時間為止與所述第一規(guī)定時間經(jīng)過后相比使內(nèi)部電阻變高，限制從所述電源電壓的施加端子流向所述第一電容器的電流，所述第一開關(guān)單元在從所述升壓工作開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止與所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高，限制從所述輸出端子流向所述第二電容器的電流。根據(jù)本發(fā)明的升壓系統(tǒng)以及半導(dǎo)體芯片，在調(diào)節(jié)器起動稍后，在調(diào)節(jié)器的輸出級 中限制輸出電流，因此即使將調(diào)節(jié)器的輸出電壓施加到第一電容器，沖擊電流也不會變大，能防止電源電壓的電壓降低。此外，由于在電荷泵電路的升壓工作(泵工作)的第一步驟開始稍后第一開關(guān)單元的導(dǎo)通電阻變高，所以使第二電容器蓄電的電流被第一開關(guān)單元限制。因此，在第一步驟開始稍后用于第二電容器蓄電的沖擊電流不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。其結(jié)果，調(diào)節(jié)器的輸出電壓穩(wěn)定，因此防止被供給該調(diào)節(jié)器的輸出電壓的液晶驅(qū)動電路等的其它電路變得不穩(wěn)定或錯誤工作的情況。


圖I是表示現(xiàn)有的升壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示圖I的系統(tǒng)中的電荷泵電路的開關(guān)元件的導(dǎo)通截止定時的圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例I的電路圖。圖4是表示圖3的系統(tǒng)內(nèi)的電荷泵電路的開關(guān)元件的導(dǎo)通截止定時的圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的電路圖。圖6是表示作為本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖3的系統(tǒng)中的輸出級以及開關(guān)元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。圖7是表示作為本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖3的系統(tǒng)內(nèi)的電荷泵電路的開關(guān)元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖3 (a) (d)示出了作為本發(fā)明的實(shí)施例I的電荷泵型的升壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在該本發(fā)明的升壓系統(tǒng)中，如圖3所示那樣，具備調(diào)節(jié)器11和電荷泵電路12。調(diào)節(jié)器11具備運(yùn)算放大器16以及電阻Rl、R2。運(yùn)算放大器16以電源電壓VDD進(jìn)行工作，向運(yùn)算放大器16的非反相輸入端子施加電壓源14的基準(zhǔn)電壓Vref。在運(yùn)算放大器16的輸出端子和基準(zhǔn)電位(接地)端子之間串聯(lián)連接有電阻Rl、R2。電阻Rl、R2構(gòu)成分壓電路，將電阻Rl、R2的連接點(diǎn)的電壓作為分壓電壓。將分壓電壓作為反饋電壓向運(yùn)算放大器16的反相輸入端
子供給。電荷泵電路12具備開關(guān)元件(第一開關(guān)元件 第四開關(guān)元件)SWl、SW2、SW3、SW4a和外部連接的電容器Cl C3。開關(guān)元件SW1、SW4a相當(dāng)于第一開關(guān)單元，開關(guān)元件SW2、SW3相當(dāng)于第二開關(guān)單元。電容器Cl相當(dāng)于第一電容器，電容器C2相當(dāng)于第三電容器，電容器C3相當(dāng)于第二電容器。電荷泵電路12具有連接端子Al A4，連接端子Al (第一端子)與運(yùn)算放大器16的輸出端子連接。開關(guān)元件SWl連接在連接端子Al和連接端子A3 (第二端子)之間，開關(guān)元件SW2連接在連接端子Al和連接端子A4 (第三端子)之間，開關(guān)元件SW3連接在連接端子A2 (第四端子)和連接端子A3之間，開關(guān)元件SW4a連接在連接端子A4和基準(zhǔn)電位(固定電位)端子之間。電容器Cl連接在連接端子Al和基準(zhǔn)電位端子之間，電容器C2連接在連接端子A2和基準(zhǔn)電位端子之間，電容器C3連接在連接端子A3和A4之間。 此外，本發(fā)明的升壓系統(tǒng)例如具備由CPU構(gòu)成的控制部13。也可以具備該控制部13來作為液晶顯示裝置的驅(qū)動電路的控制部?？刂撇?3生成通過后面敘述的控制工作而使各開關(guān)元件SW1、SW4a導(dǎo)通截止的第一開關(guān)信號和使各開關(guān)元件SW2、SW3導(dǎo)通截止的第二開關(guān)信號。運(yùn)算放大器16如圖3 (b)所示那樣，至少具備差動放大部24、輸出級20、以及電流源25。差動放大部24的反相輸入端子和非反相輸入端子與圖3 (a)的運(yùn)算放大器16的反相輸入端子和非反相輸入端子對應(yīng)，生成與分壓電壓和基準(zhǔn)電壓Vref的差電壓對應(yīng)的輸出信號。輸出級20與差動放大部24和電流源25連接，根據(jù)差動放大部24的輸出信號，向輸出端子out生成輸出電壓VLl。電流源25向輸出級20供給電流。輸出級20如圖3 (b)所示那樣，具備2個PMOS (P溝道型M0S)晶體管21、22和切換開關(guān)SW5 (第一切換開關(guān))。PMOS晶體管21 (第二 MOS晶體管)的源極/漏極間的導(dǎo)通電阻(飽和時的內(nèi)部電阻)比PMOS晶體管22 (第一 MOS晶體管)的源極/漏極間的導(dǎo)通電阻(飽和時的內(nèi)部電阻)高。各晶體管21、22的源極連接于電源電壓VDD的連接線，漏極連接于運(yùn)算放大器16的輸出端子out。晶體管21的柵極連接于差動放大部24的輸出。切換開關(guān)SW5根據(jù)來自控制部13的第一切換控制信號的電平將晶體管22的柵極與差動放大部24的輸出和電源電壓VDD的連接線中的任一方電連接。切換開關(guān)SW5在未接入電源電壓VDD的初始狀態(tài)下處于將晶體管22的柵極連接到電源電壓VDD的連接線的狀態(tài)，在電源電壓VDD接入后，經(jīng)過第一規(guī)定時間時，根據(jù)第一切換控制信號將晶體管22的柵極連接于差動放大部24的輸出。圖3 (C)示出了開關(guān)元件SW4a的結(jié)構(gòu)。開關(guān)元件SW4a具備2個NMOS (N溝道型M0S)晶體管31、32和切換開關(guān)SW6 (第二切換開關(guān))。在開關(guān)元件SW4a中，由于對其一端施加正電位，對另一端施加基準(zhǔn)電位(0V)，所以使用NMOS晶體管31、32。NMOS晶體管31 (第四MOS晶體管)的漏極/源極間的導(dǎo)通電阻比NMOS晶體管32 (第三MOS晶體管)的漏極/源極間的導(dǎo)通電阻高。各晶體管31、32的漏極連接于連接端子A4的連接線，源極連接于接地端子。從控制部13向晶體管31的柵極供給開關(guān)信號。切換開關(guān)SW6根據(jù)來自控制部13的第二切換控制信號的電平將晶體管32的柵極與晶體管31的柵極和接地端子的任一方電連接。
圖3(d)示出了開關(guān)元件SWl的具體的結(jié)構(gòu)。開關(guān)元件SWl具備反相器(inverter)35,NMOS晶體管36和PMOS晶體管37。NMOS晶體管36和PMOS晶體管37并聯(lián)設(shè)置在與連接端子Al連接的線和與連接端子A3連接的線之間。反相器35配置為使供給到NMOS晶體管36的柵極的第一開關(guān)信號反相，并向PMOS晶體管37的柵極供給。通過該結(jié)構(gòu)，在從控制部13供給了表不導(dǎo)通的第一開關(guān)信號時,NMOS晶體管36和PMOS晶體管37的至少一方變?yōu)閷?dǎo)通，在供給了表示截止的第一開關(guān)信號時，NMOS晶體管36和PMOS晶體管37的雙方變?yōu)榻刂?。再有，開關(guān)SW2和SW3各自的結(jié)構(gòu)與開關(guān)元件SWl的結(jié)構(gòu)相同。此外，在各開關(guān)SWl SW3中，由于存在雙方端子的電位的大小關(guān)系逆轉(zhuǎn)的情況，所以具備溝道型不同的NMOS晶體管和PMOS晶體管，在要導(dǎo)通時該NMOS晶體管和PMOS晶體管的任一方導(dǎo)通?？刂撇?3產(chǎn)生上述的第一以及第二開關(guān)信號，并且產(chǎn)生上述第一以及第二切換控制信號。再有，調(diào)節(jié)器11的電源14以外的部分、以及電荷泵12的電容器Cl C3以外的部分作為半導(dǎo)體芯片一體形成。此外，在該半導(dǎo)體芯片中包含控制部13也可。 此外，包含生成電源電壓VDD的電源是電池的情況。在這樣的本發(fā)明的升壓系統(tǒng)中，在起動時，切換開關(guān)SW5將晶體管22的柵極連接于電源電壓VDD的連接線。因此，當(dāng)電源電壓VDD被接入本升壓系統(tǒng)時，在運(yùn)算放大器16中根據(jù)差動放大部24的輸出信號而輸出級20的晶體管21變?yōu)閷?dǎo)通，此外晶體管22根據(jù)向柵極的電源電壓VDD而變?yōu)榻刂埂Ｔ谶\(yùn)算放大器16的輸出級20中，由于僅是導(dǎo)通電阻高的晶體管21進(jìn)行電流輸出工作，所以電流輸出能力被抑制。即，由于晶體管21的飽和電流比晶體管22的飽和電流低，所以從輸出級20輸出的電流被限制。因此，即使將運(yùn)算放大器16的輸出電壓VLl施加到未蓄電的電容器Cl，沖擊電流也不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。之后，控制部13使第一切換控制信號的電平變化，對切換開關(guān)SW5進(jìn)行切換控制，當(dāng)晶體管22的柵極連接于差動放大部24的輸出時，晶體管22變?yōu)閷?dǎo)通，晶體管21、22 一起輸出電流，因此運(yùn)算放大器16的電流輸出能力變高。接著，電荷泵電路12開始工作，如圖4所示那樣，當(dāng)處于第一步驟時，控制部13向開關(guān)元件SWl、SW4a供給表示導(dǎo)通的第一開關(guān)信號，向開關(guān)元件SW2、SW3供給表示截止的第二開關(guān)信號。開關(guān)元件SWl變?yōu)閷?dǎo)通，開關(guān)元件SW2、SW3變?yōu)榻刂?。在開關(guān)元件SW4a中，導(dǎo)通電阻高的晶體管31變?yōu)閷?dǎo)通，此外晶體管32由于其柵極經(jīng)由切換開關(guān)SW6接地，所以變?yōu)榻刂埂Ｒ虼?，從第一步驟開始時到第二規(guī)定時間為止，電流從運(yùn)算放大器16的輸出線經(jīng)由開關(guān)元件SW1、電容器C3和開關(guān)元件SW4a的晶體管31流到接地，在電容器C3使電荷蓄電。此時，在開關(guān)元件SW4a中，由于僅是導(dǎo)通電阻高的晶體管31進(jìn)行電流輸出工作，所以電流輸出能力被抑制。因此，即使將運(yùn)算放大器16的輸出電壓VLl向未蓄電的電容器Cl施加，沖擊電流也不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。在從表示導(dǎo)通的第一開關(guān)信號開始產(chǎn)生的時間點(diǎn)起經(jīng)過第二規(guī)定時間之后，控制部13對切換開關(guān)SW6進(jìn)行切換控制，通過切換開關(guān)SW6將晶體管32的柵極連接于晶體管31的柵極。晶體管32根據(jù)向晶體管31的柵極供給的表示導(dǎo)通的第一開關(guān)信號而變?yōu)閷?dǎo)通，晶體管31、32 —起將電流輸出到接地，因此若對電容器C3的蓄電處于途中，則能迅速地使該蓄電結(jié)束，由此電容器C3的兩端間電壓變?yōu)閂L1。在第二步驟中，當(dāng)開關(guān)元件SWl、SW4a (晶體管31、32)截止而相代替地是開關(guān)元件Sff2,Sff3導(dǎo)通時，向電容器C2施加電容器C3和電容器Cl的電壓之和，電容器C3的電荷流入電容器C2。重復(fù)該第一步驟和第二步驟，由此電容器C2即連接端子A2的電壓VL2變?yōu)殡妷篤Ll的2倍。將升壓電壓VL2從連接端子A2供給到其它電路。此外，在第二步驟中，開關(guān)SW6根據(jù)來自控制部13的第二切換控制信號的電平將晶體管32的柵極連接于晶體管31的柵極。像這樣根據(jù)實(shí)施例1，由于在本升壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)器11起動稍后，在運(yùn)算放大器16的輸出級20中僅是導(dǎo)通電阻高的晶體管21進(jìn)行電流輸出工作，輸出電流被限制，所以即使將運(yùn)算放大器16的輸出電壓VLl施加到電容器Cl，沖擊電流也不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。此外，在電荷泵電路12的升壓工作的第一步驟開始稍后，來自運(yùn)算放大器16的輸出線的使電容器C3蓄電的電流被開關(guān)元件SW4a的導(dǎo)通電阻高的晶體管31抑制。即，輸出級20的PN結(jié)元件在從調(diào)節(jié)器11的起動時起到經(jīng)過第一規(guī)定時間為止與第一規(guī)定時間經(jīng)過后相比使內(nèi)部電阻變高，限制從電源電壓的施加端子流向第一電容器Cl的電流， 第一開關(guān)單元在從升壓工作開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止與第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高，抑制從輸出端子流向第二電容器C3的電流。因此，在第一步驟開始稍后為了使電容器C3蓄電的沖擊電流不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。根據(jù)以上，即使在使用設(shè)置于調(diào)節(jié)器11的后級的電荷泵12來進(jìn)行電壓的升壓的情況下，調(diào)節(jié)器11也總是能進(jìn)行穩(wěn)定的工作，因此能防止被供給調(diào)節(jié)器11的輸出電壓的其它電路變得不穩(wěn)定等的錯誤工作。再有，雖然在上述的實(shí)施例I的輸出級20中作為多個晶體管具備2個晶體管21、22，但是本發(fā)明并不限定于此，也可以通過并聯(lián)設(shè)置多于2個的晶體管并對它們進(jìn)行切換，從而使內(nèi)部電阻變化。同樣地，雖然在開關(guān)SW4a中作為多個開關(guān)元件具備2個晶體管31、32，但是本發(fā)明并不限定于此，也可以通過并聯(lián)設(shè)置多于2個的晶體管并對它們進(jìn)行切換，從而使導(dǎo)通電阻變化。此外，雖然在上述的實(shí)施例I中，每次執(zhí)行電荷泵電路12的升壓工作的第一步驟時，從第一步驟開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止使開關(guān)元件SW4a的導(dǎo)通電阻變高，但是本發(fā)明并不限定于此，僅從電荷泵電路12的升壓工作開始(開始執(zhí)行最初的第一步驟)起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止使開關(guān)元件SW4a的導(dǎo)通電阻變高也可。圖5示出了作為本發(fā)明的實(shí)施例2的電荷泵型的升壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖5的升壓系統(tǒng)除了在圖3 (a)中示出的實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)以外，還具備比較器17和電阻R3、R4。電阻R3、R4構(gòu)成分壓電路，對基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行分壓，生成閾值電壓。比較器17將運(yùn)算放大器16的輸出線的電壓VLl與閾值電壓進(jìn)行比較。比較器17的輸出連接于控制部13。其它的運(yùn)算放大器16、電阻R1、R2、開關(guān)元件SWl、SW2、SW3、SW4a、電容器Cl C3和在圖3 Ca)中示出的實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)相同。在該結(jié)構(gòu)的實(shí)施例2中，通過比較器17將運(yùn)算放大器16的輸出線的電壓VLl與閾值電壓進(jìn)行比較。在本升壓系統(tǒng)的起動時，在電壓VLl比閾值電壓低時，比較器17的輸出電平變?yōu)楦唠娖剑刂撇?3根據(jù)該高電平對切換開關(guān)SW5進(jìn)行切換，使晶體管22的柵極連接到電源電壓VDD的連接線。在運(yùn)算放大器16中根據(jù)差動放大部24的輸出信號而輸出級20的晶體管21變?yōu)閷?dǎo)通，此外晶體管22由于向柵極的電源電壓VDD而變?yōu)榻刂?。在運(yùn)算放大器16的輸出級20中，由于僅是導(dǎo)通電阻高的晶體管21進(jìn)行電流輸出工作，所以電流輸出能力被抑制。因此，即使將運(yùn)算放大器16的輸出電壓VLl施加到未蓄電的電容器Cl,沖擊電流也不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。之后，當(dāng)電壓VLl變?yōu)殚撝惦妷阂陨蠒r，比較器17的輸出電平變?yōu)榈碗娖?，控制?3根據(jù)該低電平使第一切換控制信號的電平變化，對切換開關(guān)SW5進(jìn)行切換控制。由此晶體管22的柵極連接于差動放大部24的輸出，因此晶體管22變?yōu)閷?dǎo)通，由于晶體管21、22 —起輸出電流，所以運(yùn)算放大器16的電流輸出能力變高。接著，當(dāng)電荷泵電路12開始工作而變成第一步驟時，控制部13向開關(guān)元件SW1、SW4a供給表不導(dǎo)通的第一開關(guān)信號，向開關(guān)兀件SW2、Sff3供給表不截止的第二開關(guān)信號。開關(guān)元件SWl變?yōu)閷?dǎo)通，開關(guān)元件SW2、SW3變?yōu)榻刂?。在該第一步驟開始時無論開關(guān)元件SW4a內(nèi)的切換開關(guān)SW6為哪一種連接狀態(tài)，在第一步驟開始稍后電壓VLl都會比閾值電壓下降，因此比較器17的輸出電平變?yōu)楦唠娖剑刂撇?3根據(jù)該高電平對切換開關(guān)SW6進(jìn)行切換，晶體管32由于其柵極經(jīng)由切換開關(guān)SW6接地所以變?yōu)榻刂?。因此，電流從運(yùn)算放大器16的輸出線經(jīng)由開關(guān)元件SW1、電容器C3和開關(guān)元件SW4a的晶體管31流到接地，在電 容器C3使電荷蓄電。此時，在開關(guān)元件SW4a中，由于僅是導(dǎo)通電阻高的晶體管31進(jìn)行電流輸出工作，所以電流輸出能力被抑制。之后，當(dāng)通過對電容器3的蓄電而電壓VLl達(dá)到閾值電壓時，比較器17的輸出電平變?yōu)榈碗娖剑刂撇?3根據(jù)該低電平使第二切換控制信號的電平變化，對切換開關(guān)SW6進(jìn)行切換控制。通過切換開關(guān)SW6將晶體管32的柵極連接到晶體管31的柵極。晶體管32根據(jù)向晶體管31的柵極供給的表示導(dǎo)通的第一開關(guān)信號而變?yōu)閷?dǎo)通，晶體管31、32—起將電流輸出到接地，因此若對電容器C3的蓄電處于途中，則能迅速地使該蓄電結(jié)束，由此電容器C3的兩端間電壓變?yōu)閂Ll。在第二步驟中，當(dāng)根據(jù)表示截止的第一開關(guān)信號以及表示導(dǎo)通的第二開關(guān)信號，開關(guān)元件SW1、SW4a (晶體管31、32)截止而代替地是開關(guān)元件SW2、SW3導(dǎo)通時，向電容器C2施加電容器C3和電容器Cl的電壓之和，電容器C3的電荷流入電容器C2，這與實(shí)施例I是同樣的。在實(shí)施例2中，從電源電壓VDD接入時起到電壓VDl超過閾值電壓為止是第一規(guī)定時間，從第一步驟開始時起到電壓VDl超過閾值電壓為止是第二規(guī)定時間。像這樣根據(jù)實(shí)施例2，由于在本升壓系統(tǒng)起動稍后，電壓VLl比閾值電壓下降，所以由比較器17對此進(jìn)行檢測，在運(yùn)算放大器16的輸出級20中僅是導(dǎo)通電阻高的晶體管21進(jìn)行電流輸出工作。因此，即使在起動稍后將運(yùn)算放大器16的輸出電壓VLl施加到電容器Cl，沖擊電流也不會變大，能防止由于大的沖擊電流導(dǎo)致的電源電壓VDD的電壓降低。此夕卜，由于在電荷泵電路12的泵工作的第一步驟開始稍后，電壓VLl比閾值電壓下降，所以由比較器17對此進(jìn)行檢測，對切換開關(guān)SW6進(jìn)行切換，由此來自運(yùn)算放大器16的輸出線的使電容器C3蓄電的電流被開關(guān)元件SW4a的導(dǎo)通電阻高的晶體管31抑制。因此，在第一步驟開始稍后為了使電容器C3蓄電的沖擊電流不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。根據(jù)以上，即使在使用設(shè)置于調(diào)節(jié)器的后級的電荷泵來進(jìn)行電壓的升壓的情況下，調(diào)節(jié)器11也總是能進(jìn)行穩(wěn)定的工作，因此能防止被供給調(diào)節(jié)器11的輸出電壓的其它電路變得不穩(wěn)定等的錯誤工作。
雖然在上述的實(shí)施例I和2中，在調(diào)節(jié)器的輸出級以及電荷泵電路的第一開關(guān)單元中將并聯(lián)連接的2個開關(guān)晶體管中的一方設(shè)為導(dǎo)通電阻大的晶體管，但本發(fā)明并不限定于此。例如，如圖6 Ca)所示那樣，使輸出級20成為在PMOS晶體管38的漏極連接有電阻R6和導(dǎo)通截止開關(guān)元件SW7的并聯(lián)電路的結(jié)構(gòu)，從升壓系統(tǒng)起動時起到第一規(guī)定時間為止使開關(guān)元件SW7截止，在該第一規(guī)定時間經(jīng)過后使其導(dǎo)通也可。同樣地，如圖6 (b)所示那樣，使開關(guān)元件4a成為在NMOS晶體管39的漏極連接有電阻R7和導(dǎo)通截止開關(guān)元件SW8的并聯(lián)電路的結(jié)構(gòu)，從第一步驟開始時起到第二規(guī)定時間為止使開關(guān)元件SW8截止，在該第二規(guī)定時間經(jīng)過后使其導(dǎo)通也可。此外，雖然在上述的實(shí)施例I和2中，利用開關(guān)元件SW4a來抑制在第一步驟開始稍后使電容器C3蓄電的電流，但是代替開關(guān)元件SW4a僅使開關(guān)元件SWl具有這樣的抑制功能，或者使雙方開關(guān)元件SW4a、SWl具有抑制功能也可。圖7示出了使圖3 (a)的開關(guān)元件SWl具有抑制功能的開關(guān)元件SWla的結(jié)構(gòu)。開關(guān)元件SWla具備反相器41、NMOS晶體管42、43、PM0S晶體管44、45、以及切換開關(guān)SW9、SW10。NMOS晶體管42的漏極/源極間的 導(dǎo)通電阻比NMOS晶體管43的漏極/源極間的導(dǎo)通電阻高。PMOS晶體管44的源極/漏極間的導(dǎo)通電阻比PMOS晶體管45的源極/漏極間的導(dǎo)通電阻高。再有，在圖3 (a)的開關(guān)SW4a的位置配置圖I的開關(guān)SW4。該開關(guān)SW4能用I個NMOS晶體管構(gòu)成。在使用了開關(guān)元件SWla的升壓系統(tǒng)中，從第一步驟開始時起到第二規(guī)定時間為止電流從運(yùn)算放大器16的輸出線經(jīng)由開關(guān)元件SWla的晶體管42或44、電容器C3和開關(guān)元件SW4流到接地，在電容器C3使電荷蓄電。此時，在開關(guān)元件SWl中由于僅是導(dǎo)通電阻高的晶體管42或44進(jìn)行電流輸出工作，所以電流輸出能力被抑制。因此，即使將運(yùn)算放大器16的輸出電壓VLl施加到未蓄電的電容器Cl，沖擊電流也不會變大，能防止電源電壓VDD的電壓降低。在第二規(guī)定時間經(jīng)過后，控制部13對切換開關(guān)SW9和SWlO進(jìn)行切換控制，通過切換開關(guān)SW9將晶體管42的柵極連接到晶體管43的柵極，晶體管43根據(jù)向晶體管42的柵極供給的表示導(dǎo)通的第一開關(guān)信號而變?yōu)閷?dǎo)通。此外，通過切換開關(guān)SWlO將晶體管44的柵極連接到晶體管45的柵極，晶體管44根據(jù)向晶體管44的柵極供給的利用反相器41的第一開關(guān)信號的反相信號而變?yōu)閷?dǎo)通。由此能向電容器C3供給充分的電流，推進(jìn)該蓄電。附圖標(biāo)記的說明 11調(diào)節(jié)器；
12電荷泵電路；
13控制部；
15、16運(yùn)算放大器；
20輸出級；
Al A4連接端子；
Cl C3電容器。
權(quán)利要求
1.一種升壓系統(tǒng)，具備輸出恒定電壓的調(diào)節(jié)器和對所述調(diào)節(jié)器的輸出端子的電壓進(jìn)行升壓的電荷泵電路，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)器具備差動放大部，將基于所述輸出端子的電壓的反饋電壓和基準(zhǔn)電壓作為差動輸入；以及輸出級，具有一端連接于電源電壓的施加端子、另一端連接于所述輸出端子并根據(jù)所述差動放大部的輸出信號而被控制的PN結(jié)元件， 所述電荷泵電路具備被施加來自所述輸出端子的電壓來進(jìn)行蓄電的第一電容器、第二電容器、第三電容器、第一開關(guān)單元、以及第二開關(guān)單元， 作為升壓工作，依次執(zhí)行如下第一步驟和第二步驟， 在所述第一步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，所述第二開關(guān)單元變?yōu)榻刂?，將所述輸出端子的電壓?jīng)由所述第一開關(guān)單元施加到第二電容器來使所述第二電容器蓄電， 在所述第二步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)榻刂?，所述第二開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，將所述第一電容器的兩端電壓和所述第二電容器的兩端電壓的電壓之和經(jīng)由所述第二開關(guān)單元施加到第三電容器來使所述第三電容器蓄電， 所述PN結(jié)元件在從所述調(diào)節(jié)器的起動時起到經(jīng)過第一規(guī)定時間為止與所述第一規(guī)定時間經(jīng)過后相比使內(nèi)部電阻變高，限制從所述電源電壓的施加端子流向所述第一電容器的電流， 所述第一開關(guān)單元在從所述升壓工作開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止與所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高，限制從所述輸出端子流向所述第二電容器的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一開關(guān)單元具備并聯(lián)連接的多個開關(guān)元件， 所述導(dǎo)通電阻通過所述多個開關(guān)元件的切換而變高。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述PN結(jié)元件具備并聯(lián)連接的多個晶體管， 所述內(nèi)部電阻通過所述晶體管的切換而變高。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述電荷泵電路重復(fù)執(zhí)行所述第一步驟和所述第二步驟， 所述開關(guān)單元在每次執(zhí)行所述第一步驟時，在從所述第一步驟開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止與所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高，限制從所述輸出端子流向所述第二電容器的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2以及4的任一項(xiàng)所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一開關(guān)單元具有第一開關(guān)元件，連接在連接了所述第一電容器的一端的所述輸出端子和所述第二電容器的一端之間；以及第四開關(guān)元件，連接在所述第二電容器的另一端和接地之間， 所述第二開關(guān)單元具有第二開關(guān)元件，連接在所述輸出端子和所述第二電容器的另一端之間；以及第三開關(guān)元件，連接在所述第三電容器的一端和所述第二電容器的一端之間， 所述第一電容器的另一端以及所述第三電容器的另一端與接地連接， 所述升壓系統(tǒng)具有控制部，該控制部向所述第一開關(guān)元件以及所述第四開關(guān)元件供給第一開關(guān)信號，其中該第一開關(guān)信號是在所述第一步驟的期間使所述第一開關(guān)元件以及所述第四開關(guān)元件導(dǎo)通，并且在所述第二步驟的期間使所述第一開關(guān)元件以及所述第四開關(guān)元件截止的信號，所述控制部向所述第二開關(guān)元件以及所述第三開關(guān)元件供給第二開關(guān)信號，其中該第二開關(guān)信號是在所述第一步驟的期間使所述第二開關(guān)元件以及所述第三開關(guān)元件截止，并且在所述第二步驟的期間使所述第二開關(guān)元件以及所述第三開關(guān)元件導(dǎo)通的信號， 所述第一開關(guān)元件或所述第四開關(guān)元件在從所述第一步驟開始起的所述第二規(guī)定時間中使導(dǎo)通電阻比所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后變高。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述PN結(jié)元件包括P溝道的第一 MOS晶體管，源極與所述電源電壓的施加端子連接，漏極與所述輸出端子連接；以及P溝道的第二MOS晶體管，源極與所述電源電壓的施加端子連接，漏極與所述輸出端子連接，向柵極供給所述差動放大部的輸出信號，并且導(dǎo)通電阻比所述第一 MOS晶體管高， 所述輸出級具備第一切換開關(guān)，該第一切換開關(guān)在所述第一規(guī)定時間中向所述第一MOS晶體管的柵極施加所述電源電壓，在所述第一規(guī)定時間經(jīng)過后，向所述第一 MOS晶體管的柵極供給所述差動放大部的輸出信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述第四開關(guān)元件包括N溝道的第三MOS晶體管，漏極與所述第二電容器的另一端連接，源極與所述接地連接；N溝道的第四MOS晶體管，漏極與所述第二電容器的另一端連接，源極與所述接地連接，向柵極供給所述第一開關(guān)信號并且導(dǎo)通電阻比所述第三MOS晶體管高；以及第二切換開關(guān)，在所述第二規(guī)定時間中向所述第三MOS晶體管的柵極施加所述接地的電位，在所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后，向所述第三MOS晶體管的柵極供給所述第一開關(guān)信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器具有第一分壓電路，所述第一分壓電路對所述輸出端子的電壓進(jìn)行分壓，生成所述反饋電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)器具備第二分壓電路，對所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓，生成閾值電壓；以及 比較器，將所述輸出端子的電壓與所述閾值電壓進(jìn)行比較， 將從所述電源電壓接入時起到所述輸出端子的電壓超過所述閾值電壓為止設(shè)為所述第一規(guī)定時間，將從所述第一步驟開始時起到所述輸出端子的電壓超過所述閾值電壓為止設(shè)為所述第二規(guī)定時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的升壓系統(tǒng)，其特征在于，生成所述電源電壓的電源是電池。
11.一種半導(dǎo)體芯片，具備輸出恒定電壓的調(diào)節(jié)器和對所述調(diào)節(jié)器的輸出端子的電壓進(jìn)行升壓的電荷泵電路，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)器具備差動放大部，將基于所述輸出端子的電壓的反饋電壓和基準(zhǔn)電壓作為差動輸入；以及輸出級，具有一端與電源電壓的施加端子連接、另一端與所述輸出端子連接并根據(jù)所述差動放大部的輸出信號而被控制的PN結(jié)元件， 所述電荷泵電路具備外部連接被施加來自所述輸出端子的電壓來進(jìn)行蓄電的第一電容器的一端的第一端子、用于外部連接第二電容器的兩端的第二端子和第三端子、用于外部連接第三電容器的第四端子、第一開關(guān)單元、以及第二開關(guān)單元，作為升壓工作依次執(zhí)行如下第一步驟和第二步驟， 在所述第一步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，所述第二開關(guān)單元變?yōu)榻刂梗瑢⑺鲚敵龆俗拥碾妷航?jīng)由所述第一開關(guān)單元施加到第二電容器來使所述第二電容器蓄電， 在所述第二步驟中，所述第一開關(guān)單元變?yōu)榻刂?，所述第二開關(guān)單元變?yōu)閷?dǎo)通，將所述第一電容器的兩端電壓和所述第二電容器的兩端電壓的電壓之和經(jīng)由所述第二開關(guān)單元施加到第三電容器來使所述第三電容器蓄電， 所述PN結(jié)元件在從所述調(diào)節(jié)器的起動時起到經(jīng)過第一規(guī)定時間為止與所述第一規(guī)定時間經(jīng)過后相比使內(nèi)部電阻變高，限制從所述電源電壓的施加端子流向所述第一電容器的電流， 所述第一開關(guān)單元在從所述升壓工作開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止與所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高，限制從所述輸出端子流向所述第二電容器的電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體晶片，其特征在于， 所述第一開關(guān)單元具有第一開關(guān)元件，連接在所述第一端子和所述第二端子之間；以及第四開關(guān)元件，連接在所述第三端子和接地之間， 所述第二開關(guān)單元具有第二開關(guān)元件，連接在所述第一端子和所述第三端子之間；以及第三開關(guān)元件，連接在所述第四端子和所述第二端子之間， 所述第一電容器的另一端以及所述第三電容器的另一端在外部與接地連接， 所述半導(dǎo)體芯片具有控制部，該控制部向所述第一開關(guān)元件以及所述第四開關(guān)元件供給第一開關(guān)信號，其中該第一開關(guān)信號是在所述第一步驟的期間使所述第一開關(guān)元件以及所述第四開關(guān)元件導(dǎo)通，并且在所述第二步驟的期間使所述第一開關(guān)元件以及所述第四開關(guān)元件截止的信號，所述控制部向所述第二開關(guān)元件以及所述第三開關(guān)元件供給第二開關(guān)信號，其中該第二開關(guān)信號是在所述第一步驟的期間使所述第二開關(guān)元件以及所述第三開關(guān)元件截止，并且在所述第二步驟的期間使所述第二開關(guān)元件以及所述第三開關(guān)元件導(dǎo)通的信號， 所述第一開關(guān)元件或所述第四開關(guān)元件在從所述第一步驟開始起的所述第二規(guī)定時間中與所述第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高。
全文摘要
本發(fā)明涉及電荷泵型的升壓系統(tǒng)以及半導(dǎo)體芯片，其在將調(diào)節(jié)器的輸出電壓不僅向電荷泵電路、還向其它電路供給的情況下能不使其它電路的工作不穩(wěn)定并且電荷泵電路能進(jìn)行泵工作。具備輸出恒定電壓的調(diào)節(jié)器和對調(diào)節(jié)器的輸出端子的電壓進(jìn)行升壓的電荷泵電路，調(diào)節(jié)器的輸出級從調(diào)節(jié)器的起動到經(jīng)過第一規(guī)定時間為止比第一規(guī)定時間經(jīng)過后使內(nèi)部電阻變高，限制從電源電壓的施加端子流向第一電容器的電流，電荷泵電路作為升壓工作執(zhí)行將調(diào)節(jié)器的輸出端子的電壓經(jīng)由第一開關(guān)單元施加到第二電容器來使第二電容器蓄電的第一步驟，和將第一電容器的兩端電壓和第二電容器的兩端電壓的電壓之和經(jīng)由第二開關(guān)單元施加到第三電容器來使第三電容器蓄電的第二步驟，第一開關(guān)單元在從升壓工作開始起到經(jīng)過第二規(guī)定時間為止與第二規(guī)定時間經(jīng)過后相比使導(dǎo)通電阻變高，限制從輸出端子流向第二電容器的電流。
文檔編號H02M3/07GK102751865SQ20121011732
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者川添卓 申請人:拉碧斯半導(dǎo)體株式會社