專利名稱：環(huán)形振蕩器中使用的恒流電路和電荷泵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于電荷泵(charge pump)電路等中利用的環(huán)形振蕩器的倒相器的電流源的恒流電路。
背景技術(shù)：
以往，公知的是控制向電容器的充電而進行升壓的電荷泵，利用于進行非易失性存儲器等的清除用的高電壓產(chǎn)生中。
例如，在圖1所示的使用CMOS的電荷泵中，輸入側(cè)的電源電壓VDD與N溝道晶體管(MOS)10的源極連接，該N溝道晶體管10的漏極連接從另一端供給脈沖電壓的移位電容器12。另外，N溝道晶體管10的漏極與P溝道晶體管(MOS)14的漏極連接，該P溝道晶體管14的源極與電壓保持用的電容器16連接的同時，還與輸出端18連接。
并且，向晶體管10和晶體管14的柵極供給相同的脈沖信號。
在這種電路中，通過接通晶體管10而切斷晶體管14，從而將電壓VDD保持在移位用電容器12中，在晶體管10切斷、而PMOS14接通的狀態(tài)下，通過利用脈沖電壓例如僅將移位用電容器的電壓轉(zhuǎn)換為電壓VDD，由此，將2VDD的電壓VDD保持在保持用電容器16中，并將其輸出。
在這種電荷泵中，測量輸出電壓，調(diào)整對應(yīng)其輸出電壓值而供給的時鐘頻率等，由此節(jié)約了電流。
另外，電荷泵的例子例如專利文獻1所示。
專利文獻1特開平7-298607號公報但是，在產(chǎn)生用于進行向易失性存儲器等的改寫的高電壓的電荷泵(升壓電路)中，在電荷泵的動作時鐘相對于電源電壓變化恒定的情況下，消耗電流和輸出電流與電源電壓幾乎成比例地增加。而且，為了使電荷泵的輸出電流與電源電壓成比例，進行了在保證的最小電源電壓下可以確保充分改寫所必需的輸出電流的設(shè)計。但是，因為非易失性存儲器的改寫所必需的電流在電源電壓高的區(qū)域中不太變化，所以即使電源電壓高，也是白白地輸出大的電流，從而消耗了大的電源電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在電荷泵中減少消耗電力。
本發(fā)明是一種恒流電路，其將多個倒相器呈環(huán)形連接而形成，用于產(chǎn)生時鐘信號的環(huán)形振蕩器中，其特征在于，使各倒相器的恒流源的特性為相對于電源電壓，在低電壓的一側(cè)偏大，在高電壓的一側(cè)偏小地變化。
另外，具有配置在電源和接地之間的、由與電阻二極管連接的晶體管的串聯(lián)連接構(gòu)成的第一電流路徑；和配置在電源和接地之間的、由至少兩個二極管連接的晶體管的串聯(lián)連接和比上述第一電流路徑的電阻的電阻值小的電阻串聯(lián)連接構(gòu)成的第二電流路徑，形成為從上述第一電流路徑的電阻和晶體管的連接點抽出第二電流路徑的電流，在電源電壓低且只有第一電流路徑有電流流過時，輸出第一電流路徑的電流，在電源電壓升高且第二電流路徑中也有電流流過時，適當(dāng)?shù)剌敵鰪牡谝浑娏髀窂綔p去第二電流路徑的電流的電流。
另外，本發(fā)明涉及一種電荷泵電路，其使用從利用了上述恒流電路的環(huán)形振蕩器輸出的時鐘，進行升壓動作。
根據(jù)本發(fā)明，使各倒相器的恒流源的特性為相對于電源電壓，在低電壓的一側(cè)偏大，在高電壓的一側(cè)偏小地變化。由此，在相對低的電壓下，可以使與電源電壓對應(yīng)的恒流增加，在相對低的電源電壓下，可以使電荷泵電路能進行動作。另一方面，在高電壓一側(cè)，即使電源電壓上升，恒流源的電流量的變化也少。如果恒流源的電流量恒定，則環(huán)形振蕩器的振蕩頻率與電源電壓成反比。因此，升壓電路的輸出電流根據(jù)電源電壓的上升的變化減少，從而可以防止電源電壓高時，白白地輸出大的電流，消耗大的電源電流。


圖1是表示電荷泵電路的構(gòu)成的圖。
圖2是表示構(gòu)成環(huán)形振蕩器的圖。
圖3是表示恒流電路的構(gòu)成的圖。
圖4是表示電源電壓和恒流的關(guān)系的圖。
圖中Q0～Q14—晶體管，C1～C3—電容器，R1、R2—電阻。
具體實施例方式
以下根據(jù)附圖對實施方式的構(gòu)成例進行說明。
圖2表示環(huán)形晶體管的構(gòu)成。在該例中，三個倒相器I1、I2、I3串聯(lián)連接為環(huán)形，在每個倒相器I1、I2、I3的輸出端上分別連接另一端與接地連接的電容器C1、C2、C3。并且，倒相器C3的輸出為時鐘輸出，該時鐘被提供給電荷泵電路。
另外，在所定的設(shè)定電流I1流過的柵極漏極之間被短路的N溝道晶體管(NMOS)Q0的柵極上，連接了源極與接地連接的N溝道晶體管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極，這些晶體管都有電流I1流過。晶體管Q2、Q3、Q4決定倒相器I1、I2、I3的動作。另外，晶體管Q1的漏極上連接?xùn)艠O漏極之間被短路的P溝道晶體管Q5的漏極，該晶體管Q5的源極連接著電源。因此，在該晶體管Q5中有電流I1流過。并且，在該晶體管Q5的柵極上，連接了源極與電源連接的P溝道晶體管(PMOS)Q6、Q7、Q8的柵極，從這些晶體管Q6、Q7、Q8流出的電流被提供給倒相器I1、I2、I3。
利用這種電路雖然可以得到所定的時鐘，但是該時鐘會受到流經(jīng)晶體管Q0的設(shè)定電流I1的影響。
圖3表示決定設(shè)定電流I1的電路。晶體管Q0的漏極通過電阻R與電源連接。因此，如果該電源電壓設(shè)為VDD，則電流IA為IA＝(VDD-Vt)/R1。另外，Vt是晶體管Q0的電壓降(柵極·源極間電壓)，R1是電阻R1的電阻值。
在這里，在該電路中，在電阻R1和晶體管Q0的連接點上連接有另一端與接地連接的N溝道晶體管Q9的漏極。因此，如果在該晶體管Q9中有電流流過，則該電流雖然流經(jīng)電阻R1，但是不會流經(jīng)晶體管Q0。
在晶體管Q10的柵極上連接源極與接地連接、且柵極漏極之間被短路的N溝道晶體管Q9的柵極，晶體管Q10的漏極連接有源極與電源連接了的P溝道晶體管Q11的漏極。該晶體管Q11的柵極連接源極與電源連接、且柵極漏極之間被短路的P溝道晶體管Q12的柵極，該晶體管Q12的漏極通過兩個柵極漏極之間被短路的P溝道晶體管Q13、Q14、電阻R2，與接地連接著。
因此，在晶體管Q12、Q13、Q14和電阻R2中流過由I2＝(VDD-3Vt)/R2決定的電流I2。而且，Vt是晶體管Q12、Q13、Q14的電壓降(柵極·源極之間的電壓)，R2是電阻R2的電阻值。并且，在本例中設(shè)定R2＝R1·(3/4)。因此，I2＝(VDD-3Vt)/R1·(3/4)。
并且，該I2流經(jīng)晶體管Q11、Q10、Q9。因此，在將流經(jīng)晶體管Q0的電流設(shè)為I1的情況下，I1＝IA-I2，環(huán)形振蕩器的各倒相器I1、I2、I3的電流也受到電流I2的影響。
在這里，圖4表示電源電壓VDD和電流IA、I1、I2的關(guān)系。這樣，電流IA在電源電壓為Vt或其以上時產(chǎn)生，電流I2在電源電壓VDD為3Vt或其以上時產(chǎn)生。并且，在電流IA和電流I2下相對電源電壓VDD的斜率不同。因此，電源電壓VDD在Vt～3Vt之間時，I1＝IA＝(VDD-Vt)/R1，在電源電壓VDD為3Vt或其以上時，I1＝IA-I2，斜率變小。
對倒相器之間的節(jié)點進行充電，直到倒相器I1、I2、I3的輸出遷移時，充電的電荷量是倒相器閾值(與電源電壓成比例)×節(jié)點電容。由此，如果電流電源恒定，則環(huán)形振蕩器的振蕩頻率與電源電壓成反比。在本實施方式中，雖然恒流源的電流也在高電壓一側(cè)上升若干，但是也可以在高電壓一側(cè)恒定。
因為升壓電路中的每個時鐘的輸出電流都與電源電壓大致成比例，所以通過提供與該電路生成的電源電壓大致成反比的時鐘，從而輸出電流大致恒定。因此，雖然電源電壓較高，但是也可以防止從升壓電路白白地輸出大的電流，并且消耗大的電源電流。
這樣，在本實施方式中，電流源如圖4所示，相對于電源電壓VDD最初以大的斜率上升，之后斜率變小。因此，即使在電源電壓比較低的時候，也可以維持電荷泵的能力，并且可以在電源電壓較高的時候抑制消耗電力，使電荷泵的有效動作成為可能。
另外，在上述的例子中，雖然將電阻R2設(shè)為電阻R1的電阻值，并在電阻R2上串聯(lián)三個晶體管，但是電阻值的設(shè)定能進行各種變更，另外，晶體管的數(shù)量也可以變更。由此，使各種特性成為可能。進而，可以通過另外設(shè)置與生成電流I2相同的電路，并通過調(diào)整該電路的特性，從而可以進一步隨意變更作為整體的電路特征。
權(quán)利要求
1.一種恒流電路，是將多個倒相器連接為環(huán)狀而形成，并利用于產(chǎn)生時鐘信號的環(huán)形振蕩器中的恒流電路，其特征在于，使各倒相器的恒流源的特性為相對于電源電壓，在低電壓一側(cè)偏大、在高電壓一側(cè)偏小地變化。
2.一種恒流電路，其特征在于，權(quán)利要求1所述的環(huán)形振蕩器具有配置在電源和接地之間的、由電阻和二極管連接的晶體管的串聯(lián)連接而構(gòu)成的第一電流路徑；配置在電源和接地之間的、由至少兩個二極管連接的晶體管的串聯(lián)連接和比上述第一電流路徑的電阻的電阻值還小的電阻的串聯(lián)連接構(gòu)成的第二電流路徑，該恒流電路形成為從上述第一電流路徑的電阻和晶體管的連接點抽出第二電流路徑的電流，在電源電壓低且只有第一電流路徑有電流流過時，輸出第一電流路徑的電流，在電源電壓升高且第二電流路徑中也有電流流過時，輸出從第一電流路徑減去第二電流路徑的電流的電流。
3.一種電荷泵電路，其特征在于，其使用從利用了上述恒流電路的環(huán)形振蕩器輸出的時鐘，進行升壓動作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種產(chǎn)生有效恒流的恒流電路。由電阻R和柵極漏極短路的晶體管Q0串聯(lián)連接來決定流經(jīng)電阻R的電流IA。由晶體管Q12、Q13、Q14及電阻R2的串聯(lián)連接來決定電流I2。并且，通過從電阻R1下抽出電流I2，從而將流經(jīng)晶體管Q0的電流I1設(shè)為I1＝IA－I2。尤其，因為電流I2在電源電壓VDD為將三個晶體管Q12、Q13、Q14的柵極源極之間的電壓降Vt相加的3Vt或其以上時才開始流出，所以在電源電壓為3Vt以下時電流I2不會流經(jīng)，可以控制為在電源電壓VDD比較低時充分輸出電流，并且在電源電壓VDD高時，輸出的恒流不會高于所必需的。
文檔編號H03K3/03GK1581657SQ20041006385
公開日2005年2月16日 申請日期2004年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者西山好信 申請人:三洋電機株式會社