專利名稱：半導(dǎo)體集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搭載了電荷泵電路的半導(dǎo)體集成電路。
背景技術(shù)：
近年來，為了在電池驅(qū)動(dòng)的便攜設(shè)備中基于低耗電化來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間動(dòng) 作，而正進(jìn)行低電源電壓化。另一方面，在半導(dǎo)體集成電路的信號(hào)處理電 路中，要求輸出與以往相同振幅的電壓或振幅比以往大的電壓。在由于低
電源電壓化而不能輸出足夠的信號(hào)振幅的電壓時(shí)，通過用DC—DC轉(zhuǎn)換器 進(jìn)行升壓或降壓，從而在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生所希望的DC電壓，使用該DC電 壓輸出足夠的信號(hào)振幅的電壓。
在便攜設(shè)備中，作為DC—DC轉(zhuǎn)換器，廣泛使用采用了電荷泵電路的 器件。另外，以減少安裝面積為目的，將電荷泵電路和處理信號(hào)的電路塊 內(nèi)置在同一基板上的半導(dǎo)體集成電路得到應(yīng)用。
在專利文獻(xiàn)l中，公開了內(nèi)置有降壓型電荷泵電路的現(xiàn)有的半導(dǎo)體集 成電路。如圖13所示，現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成電路100包括降壓型電荷泵 電路11;控制向電荷泵電路11的柵極端子施加的電壓的柵極驅(qū)動(dòng)電路2; 在供給正的電壓VCC和接地電位(以下稱作"GND")作為電源的狀態(tài)下 進(jìn)行規(guī)定的信號(hào)處理的電路塊3;在供給正的電壓VCC和電荷泵電路11 的輸出電壓VSS作為電源的狀態(tài)下進(jìn)行規(guī)定的信號(hào)處理的電路塊4;以及 通過使電荷泵電路11的輸出與GND短路從而使電荷泵電路11的輸出為 低阻抗的開關(guān)5。半導(dǎo)體集成電路100的這些內(nèi)部電路被集成在同一基板 上。
電荷泵電路11與對(duì)電荷泵電路11充電時(shí)使用的快速(flying)電容 器Cl的兩端連接，并與一端連接于GND的輸出電容器C2的另一端連接。 電荷泵電路11通過從柵極驅(qū)動(dòng)電路2將成為時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電壓$ 1 、 $2、 $3、 $4輸入到柵極端子來進(jìn)行動(dòng)作，輸出負(fù)電壓的輸出電壓VSS。
現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成電路100在以降低消耗電流等為目的使電路塊4停 止而僅使電路塊3動(dòng)作時(shí)，使電路塊4的動(dòng)作成為省電狀態(tài)，并且使電荷 泵電路ll停止。另外，在使電路塊4動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)電荷泵電路ll?，F(xiàn)有 的半導(dǎo)體集成電路100為了在停止電荷泵電路11的動(dòng)作時(shí)不產(chǎn)生閉鎖， 而設(shè)置了用于使電荷泵電路11的輸出與GND間短路的開關(guān)5。圖14表 示切換電荷泵電路11的接通/斷開時(shí)的電荷泵電路11的輸出電壓VSS和 電路塊3的輸出電壓Vout的波形。圖14中，在時(shí)刻T1電荷泵電路ll開 始動(dòng)作，在時(shí)刻T2電荷泵電路11停止動(dòng)作。
在時(shí)刻Tl，首先將開關(guān)5從接通切換到斷開。在施加了輸入電壓VCC 的狀態(tài)下開始從柵極驅(qū)動(dòng)電路2輸入規(guī)定的時(shí)鐘信號(hào)$ 1、 $ 2 、 $ 3 、 $ 4 ，由此電荷泵電路11開始動(dòng)作。電荷泵電路開始動(dòng)作后，電荷泵電路 11的輸出電壓VSS急劇下降，達(dá)到電壓值(一VCC)。該輸出電壓VSS 由于成為半導(dǎo)體集成電路100的基板電位，所以受到輸出電壓VSS急劇下 降的影響，電路塊3的輸出電壓Vout產(chǎn)生過渡的負(fù)的峰值電壓Vn。
在時(shí)刻T2，若柵極驅(qū)動(dòng)電路2停止將時(shí)鐘信號(hào)$ 1 $ 4輸入到電荷 泵電路ll的柵極端子，則電荷泵電路ll停止充放電的反復(fù)動(dòng)作。電荷泵 電路11的輸出電壓VSS上升到0V，受到其影響，電路塊3的輸出電壓 Vout產(chǎn)生過渡的正的峰值電壓Vp。
專利文獻(xiàn)1:特幵2005 — 79828號(hào)公報(bào)
在現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成電路中，在電路塊3的動(dòng)作中，若電荷泵電路ll 的輸出電壓VSS急劇變化，則半導(dǎo)體集成電路100的基板的電位也急劇變 化。半導(dǎo)體集成電路100的基板是P型基板，在電路塊3具有NPN晶體 管的情況下，通過在半導(dǎo)體集成電路100的P型基板和NPN晶體管的集 電極擴(kuò)散層之間形成的寄生電容，電荷泵電路11的輸出電壓VSS的電位 變化波及到NPN晶體管，電壓VSS的電位變化疊加到電路塊3的信號(hào)等 上。例如，當(dāng)電路塊3是輸出音頻信號(hào)的電路的情況下，重疊了電壓VSS 的電位變化的信號(hào)通過放大電路等，通過圖14的時(shí)刻Tl和T2所示的輸 出電壓Vout而產(chǎn)生過渡音(transient sound)等的不良情況。
尤其是，以需要電路塊4作為負(fù)電源的高能力，提高電荷泵電路11
供給的負(fù)電源的電流供給能力為目的，而增大電荷泵電路11內(nèi)的晶體管 的尺寸，或者為了抑制便攜設(shè)備的安裝面積而使用10/^F以下的輸出電容
器C2的情況下，電荷泵電路11的輸出電壓VSS的充電坡度變陡，電路 塊3的過渡音等的不良情況更加顯著。
雖然還取決于晶體管面積或放大器的增益，但例如一般的便攜設(shè)備使 用的包括音頻信號(hào)輸出電路的半導(dǎo)體集成電路的情況，電壓VSS的充電坡 度比3[V/rns]緩的情況，過渡音的變位變小，在聽覺上大多不會(huì)有問題。 但是，將適合便攜設(shè)備的安裝面積小的lOpF以下的片型電容器用作電荷 泵電路11的輸出電容器C2的情況下，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中難以實(shí)現(xiàn)比3[V/ms〗 緩的充電坡度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的問題而實(shí)現(xiàn)，其目的在于提供一種半導(dǎo)體集成電 路，該半導(dǎo)體集成電路抑制電荷泵電路動(dòng)作開始以及停止時(shí)的輸出電壓的 急劇變化，抑制與電荷泵電路獨(dú)立地動(dòng)作的電路塊的輸出的過渡變位。
本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路包括電荷泵電路，其與第一電容器和第二 電容器連接，在對(duì)第一電容器充電了輸入電壓后，將第一電容器所充有的 電荷轉(zhuǎn)移到第二電容器，并將第二電容器的電壓值作為輸出電壓，能夠切 換對(duì)第一或第二電容器進(jìn)行充電的能力；第一電路塊，其被供給正的電源 和接地電位作為電源；和第二電路塊，其被供給正的電源和電荷泵電路的 輸出電壓作為電源。
通過在電荷泵電路從停止?fàn)顟B(tài)向動(dòng)作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)抑制電荷泵電路的 充電能力，使電荷泵電路的輸出電壓的變位坡度變緩，從而減輕處于動(dòng)作 狀態(tài)的第一電路塊因電荷泵電路的輸出電壓的變位而受到的影響。由此， 即使在同一半導(dǎo)體集成電路基板上集成了將正的電源和接地電位作為電 源供給源的第一電路塊、和將正的電源和電荷泵電路的輸出電壓作為電源 供給源的第二電路塊的情況下，第一電路塊也能在不受電荷泵電路的啟動(dòng) /停止帶來的影響的情況下進(jìn)行動(dòng)作。由此，能在同一半導(dǎo)體集成電路基板 上集成第一電路塊和第二電路塊，能實(shí)現(xiàn)大幅降低了安裝面積的半導(dǎo)體集 成電路。
上述電荷泵電路包括第一開關(guān)電路，其用于將第一電容器的一端與 輸入電壓短路；第二開關(guān)電路，其用于將第一電容器的一端與接地電位短 路；第三開關(guān)電路，其用于將第一電容器的另一端與接地電位短路；第四
開關(guān)電路，其用于將第一電容器的另一端與第二電容器短路；和切換電路，
其在第二電容器的充電開始時(shí)，增大第一 第四開關(guān)電路中的至少一個(gè)開 關(guān)電路的電阻值。
上述電荷泵電路包括第一開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的一端 與輸入電壓短路；第二開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的一端與接地電 位短路；第三開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的另一端與接地電位短路； 和第四開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的另一端與第二電容器短路；半 導(dǎo)體集成電路還包括柵極驅(qū)動(dòng)電路，該柵極驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電壓，來切 換第一 第四開關(guān)晶體管的導(dǎo)通/截止，柵極驅(qū)動(dòng)電路具有切換電路，該切 換電路按照在第二電容器的充電開始時(shí)將電荷泵電路的第一 第四開關(guān) 晶體管中的至少一個(gè)開關(guān)晶體管的導(dǎo)通占空比減小的方式，來切換驅(qū)動(dòng)電 壓。通過柵極驅(qū)動(dòng)電路改變時(shí)鐘波形的占空比而輸出驅(qū)動(dòng)電壓，從而抑制 對(duì)與電荷泵電路的輸出連接的電容器的充電電荷量，能使電荷泵電路的輸 出電壓的變位的坡度變緩。
上述電荷泵電路包括第一開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的一端 與輸入電壓短路；第二開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的一端與接地電 位短路；第三開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的另一端與接地電位短路; 第四開關(guān)晶體管，其用于將第一電容器的另一端與第二電容器短路；第五 晶體管，其漏極和柵極與第一 第四開關(guān)晶體管的至少一個(gè)柵極連接，源 極與第一 第四開關(guān)晶體管的至少一個(gè)源極連接；電流源，其向第五晶體
管的漏極供給電流；和切換電路，其切換電流源的電流流入第五晶體管的 漏極的期間。電荷泵電路的開關(guān)晶體管的任意一個(gè)以上的開關(guān)晶體管為電 流反射鏡結(jié)構(gòu)，當(dāng)電荷泵電路從停止?fàn)顟B(tài)向動(dòng)作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，通過切換后 的定電流限制從電荷泵電路向輸出電容器的充放電量，從而能使電荷泵電 路的輸出電壓的變位坡度變緩。
第二電容器是在電荷泵電路的輸出與接地電位之間連接的10/lF以下 的電容器，此時(shí)，電荷泵電路可以在第二電容器的充電坡度比3V/ms緩的
狀態(tài)下開始第二電容器的充電。由此，能抑制第一電路塊的輸出電壓的電 位變位。
上述半導(dǎo)體集成電路還可具備以低阻抗連接電荷泵電路的輸出與接 地電位之間的開關(guān)。該開關(guān)在電荷泵電路從動(dòng)作狀態(tài)向停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)并 不立即接通，通過流入電荷泵電路的輸出端子的空載電流等而逐漸使輸出 電容器放電，在電荷泵電路的輸出端子的電位十分接近GND電平之后使 開關(guān)接通，從而可以使電荷泵電路的輸出電壓的坡度變緩。由此，即使在 電荷泵電路從動(dòng)作狀態(tài)向停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，也能抑制第一電路塊的電位變 位。
第一電路塊可以輸出音頻信號(hào)。另外，第二電路塊可以輸出視頻信號(hào)。 (發(fā)明效果)
根據(jù)本發(fā)明，能抑制電荷泵電路的動(dòng)作開始以及停止時(shí)的輸出電壓的 急劇變化，能實(shí)現(xiàn)與電荷泵電路獨(dú)立地動(dòng)作的電路塊的輸出的過渡變位。 由此，可防止電荷泵電路的輸出電壓的變化對(duì)處于動(dòng)作狀態(tài)的電路塊造成 的影響、或因電荷泵電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生過渡音。由此，能在同一半導(dǎo) 體集成電路基板上集成將電荷泵電路的輸出電壓用電源供給端子的電路 塊、和與電荷泵電路獨(dú)立地動(dòng)作的電路塊，能大幅削減安裝面積。另外，
即使在將適于便攜設(shè)備的10/xF以下的片型電容器用作電荷泵電路的輸出 電容器的情況下，也能實(shí)現(xiàn)比3[V/ms據(jù)的充電坡度。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式 第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路的框圖。
圖2是表示第一實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖3是第一實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作波形圖。 圖4是表示第一實(shí)施方式的電荷泵電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖5是本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路中包含電路塊中使用的NPN晶體管 的剖面圖。
圖6是表示第一實(shí)施方式的電荷泵電路從停止?fàn)顟B(tài)移至動(dòng)作狀態(tài)時(shí)的 電荷泵電路的輸出電壓VSS、在同一基板上的電源和GND間動(dòng)作的電路
塊的輸出電壓Vout的過渡特性的波形圖。
圖7是表示第一實(shí)施方式的電荷泵電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的其他例子的電路圖。
圖8是表示第二實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖9是表示第二實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作波形圖。
圖IO是表示第三實(shí)施方式的電荷泵電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖11是表示第三實(shí)施方式的電荷泵電路從停止?fàn)顟B(tài)移至動(dòng)作狀態(tài)時(shí)
的電荷泵電路的輸出電壓VSS、與在同一基板上的電源和GND間動(dòng)作的 電路塊的輸出電壓Voiit的過渡特性的波形圖。
圖12是表示第一實(shí)施方式 第三實(shí)施方式的電荷泵電路啟動(dòng)或停止 時(shí)的電荷泵電路的輸出電壓VSS、與在同一基板上的電源和GND間動(dòng)作 的電路塊的輸出電壓Vout的過渡特性的波形圖。
圖13是表示以往的半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖14是表示以往的電荷泵電路從停止?fàn)顟B(tài)移至動(dòng)作狀態(tài)時(shí)的電荷泵 電路的輸出電壓VSS、與在同一基板上的電源和GND間動(dòng)作的電路塊的 輸出電壓Vcrnt的過渡特性的波形圖。
圖中1、 la—電荷泵電路；2、 2a—柵極驅(qū)動(dòng)電路；3 —電路±央；4一 電路塊；5 —開關(guān)；6 —開關(guān)；10 —半導(dǎo)體集成電路；20 —振蕩器；21 28 —反相器；30—NAND電路；31—N0R電路；32—開關(guān)；40—電流源； 41、 42 —開關(guān)；51—P型基板；52 — P型擴(kuò)散層；53—基極擴(kuò)散層；54 — 發(fā)射極擴(kuò)散層；55—集電極擴(kuò)散層；56 —寄生電容器；Cl一快速電容器； C2 —輸出電容器；Ml、 M2、 M3、 M4、 M5 —幵關(guān)晶體管；Cll、 C12 — 電容器；Mll、 M12 —晶體管；M20—N型MOS晶體管；Rll、 R12、 R13 一電阻；11—現(xiàn)有的電荷泵電路；100—現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成電路。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說明。 《第一實(shí)施方式》 (半導(dǎo)體集成電路的結(jié)構(gòu))
圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路。本實(shí)施方式的半
導(dǎo)體集成電路IO包括降壓型電荷泵電路1;控制向電荷泵電路1的柵極 端子施加的電壓的柵極驅(qū)動(dòng)電路2;在將正的電壓VCC和接地電位(以下 稱作"GND")作為電源供給源，進(jìn)行規(guī)定的信號(hào)處理的電路塊3;將正
的電壓VCC和電荷泵電路1的輸出電壓VSS作為電源供給源進(jìn)行規(guī)定的 信號(hào)處理的電路塊4;以及通過使電荷泵電路1的輸出與GND短路從而 使電荷泵電路1的輸出為低阻抗的開關(guān)5。設(shè)置于半導(dǎo)體集成電路10的上 述內(nèi)部電路被集成在同 一基板上。
電荷泵電路1與對(duì)電荷泵電路11充電時(shí)使用的快速電容器C1的兩端 連接，并與一端連接于GND的輸出電容器C2的另一端連接。在本實(shí)施方 式中，輸出電容器C2是適于便攜設(shè)備的1(^F以下的片型電容器。
在本實(shí)施方式中，電路塊3是輸出音頻信號(hào)的電路。電路塊4構(gòu)成能 使信號(hào)輸出在正負(fù)間切換并主要輸出視頻信號(hào)的視頻輸出電路等的無輸 出電容器的輸出電路。
(柵極驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu))
圖2表示柵極驅(qū)動(dòng)電路2的結(jié)構(gòu)。柵極驅(qū)動(dòng)電路2包括產(chǎn)生矩形波 電壓V1的振蕩器20;與振蕩器20連接的電阻13和電容器C11所構(gòu)成的 一次低通濾波器(以下稱作"一次LPF");輸入一次LPF的輸出電壓V2 的反相電路21;與反相電路21連接的反相電路22;輸入振蕩器20的輸 出電壓VI和反相電路22的輸出電壓V3的NAND電路30以及NOR電 路31;與NAND電路30連接的反相電路23;由與反相電路23連接的晶 體管M12和電阻R12構(gòu)成的電平移動(dòng)電路；與NOR電路31連接的反相 電路24;由與反相電路24連接的晶體管M11和電阻R11構(gòu)成的電平移動(dòng) 電路；以及與這些電平移動(dòng)電路連接的反相電路25 28。
柵極驅(qū)動(dòng)電路2輸出連接于晶體管Mil和電阻Rll的連接點(diǎn)的反相 電路26的輸出作為驅(qū)動(dòng)電壓$ 1 。另外，將經(jīng)電平移動(dòng)電路27連接于晶 體管M11和電阻R11的連接點(diǎn)的電平移動(dòng)電路28的輸出作為驅(qū)動(dòng)電壓爭(zhēng)2 而進(jìn)行輸出。進(jìn)一步，柵極驅(qū)動(dòng)電路2輸出連接于晶體管M12和電阻R12 的連接點(diǎn)的反相電路25的輸出作為驅(qū)動(dòng)電壓$3以及驅(qū)動(dòng)電壓$4。
圖3表示振蕩器20的輸出電壓V1、 一次LPF的輸出電壓V2、反相 電路22的輸出電壓V3、以及柵極驅(qū)動(dòng)電路2輸出的驅(qū)動(dòng)電壓$1 $4的波形。如圖3所示，柵極驅(qū)動(dòng)電路2按照驅(qū)動(dòng)電壓$3、 $4不與驅(qū)動(dòng)電壓
多l(xiāng)的低電平(以下記做"L")和驅(qū)動(dòng)電壓牽2的高電平(以下記做"H")同 時(shí)成為H的方式設(shè)置時(shí)間差(以下稱作"死時(shí)間(deadtime) ") tdl、 td2。 (電荷泵電路的結(jié)構(gòu))
圖4表示本實(shí)施方式的電荷泵電路1的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式的電荷泵電 路1包括用于使快速電容器Cl的一端與輸入電壓VCC短路的開關(guān)晶體 管Ml;用于使快速電容器Cl的一端與GND短路的開關(guān)晶體管M3;用 于使快速電容器Cl的另一端與GND短路的開關(guān)晶體管M2;以及用于使 快速電容器Cl的另一端與輸出電容器C2短路的開關(guān)晶體管M4。
本實(shí)施方式的電荷泵電路1進(jìn)一步包括柵極與驅(qū)動(dòng)電壓$4連接， 漏極和源極以相同電位連接于開關(guān)晶體管M4的漏極和源極的開關(guān)晶體管 M5;以及切換是將開關(guān)晶體管M4的柵極與驅(qū)動(dòng)電壓多4連接，還是將其 與開關(guān)晶體管M4的源極連接的開關(guān)6。開關(guān)晶體管M5的導(dǎo)通電阻與開 關(guān)晶體管M4相比非常高。開關(guān)晶體管M4和開關(guān)晶體管M5構(gòu)成一個(gè)開 關(guān)電路，在輸出電容器C2充電時(shí)能通過作為切換電路的開關(guān)6切換開關(guān) 電路的電阻值。
通過從柵極驅(qū)動(dòng)電路2將成為時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電壓$ 1、 $ 2 、 $ 3 、 $4輸入到電荷泵電路1的柵極端子，由此電荷泵電路1的開關(guān)晶體管 M1 M5動(dòng)作。在驅(qū)動(dòng)電壓$1為L(zhǎng)、 $2為H、 $3和$4為L(zhǎng)時(shí)，開關(guān) 晶體管M1以及M2均導(dǎo)通，開關(guān)晶體管M3、 M4以及M5均截止，在正 的輸入電壓VCC和GND之間對(duì)快速電容器Cl進(jìn)行充電。在驅(qū)動(dòng)電壓$1 為H、多2為L(zhǎng)、牽3和牽4為H時(shí)，開關(guān)晶體管M1以及M2均截止，開 關(guān)晶體管M3、 M4以及M5均導(dǎo)通，充入快速電容器Cl中的電荷轉(zhuǎn)移到 輸出電容器C2。
在本實(shí)施方式中，當(dāng)電荷泵電路1從動(dòng)作停止?fàn)顟B(tài)移至動(dòng)作狀態(tài)時(shí)， 將開關(guān)6與開關(guān)晶體管M4的源極連接。即，使開關(guān)晶體管M4的柵極一 源極間電壓為0，使開關(guān)晶體管M4截止。在該狀態(tài)下，通過驅(qū)動(dòng)電壓多4 使開關(guān)晶體管M5導(dǎo)通，通過導(dǎo)通電阻高的開關(guān)晶體管M5開始充電。經(jīng) 過規(guī)定時(shí)間后，通過將開關(guān)6與驅(qū)動(dòng)電壓$4連接，使開關(guān)晶體管M4導(dǎo) 通，通過導(dǎo)通電阻低的開關(guān)晶體管M4繼續(xù)充電。
通過進(jìn)行所述一系列動(dòng)作，從而電荷泵電路1輸出負(fù)電壓的輸出電壓 VSS。電荷泵電路1將輸入電壓VCC輸入時(shí)的輸出電壓VSS的理想值為
-vcc。
(在電路塊中使用的NPN晶體管的結(jié)構(gòu)例)
圖5表示在電路塊3和電路塊4中作為代表而使用的NPN晶體管的 縱結(jié)構(gòu)圖。在圖5中，P型基板51是圖l的半導(dǎo)體集成電路10的基板。 包含于電路塊3以及4中的NPN晶體管具有基極擴(kuò)散層53、發(fā)射極擴(kuò)散 層54以及集電極擴(kuò)散層55，這些擴(kuò)散層分別連接于基極端子B、發(fā)射極 端子E以及集電極端子C。包含于電路塊3以及4中的各NPN晶體管通 過用于將安裝于半導(dǎo)體集成電路10的元件彼此分離的P型擴(kuò)散層52而被 分離。另夕卜，在P型基板51和集電極擴(kuò)散層55之間存在寄生電容器(N 一epi) 56。
(半導(dǎo)體集成電路的動(dòng)作)
對(duì)如上所述構(gòu)成的本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路10的動(dòng)作進(jìn)行說明。 從同時(shí)使電路塊3和電路塊4動(dòng)作的狀態(tài)，以降低消耗電流為目的而使電 路塊4和電荷泵電路1停止的情況下，使電路塊4的動(dòng)作成為省電狀態(tài)， 柵極驅(qū)動(dòng)電路2停止向電荷泵電路1的柵極端子供給驅(qū)動(dòng)電壓$1 $ 4 。 電荷泵電路停止充放電的反復(fù)動(dòng)作。在電荷泵電路l停止動(dòng)作后，電荷泵 電路l的輸出電壓VSS變?yōu)楦咦杩?，半?dǎo)體集成電路10的基板電位即電 壓VSS高于GND從而產(chǎn)生閉鎖，為了防止該閉鎖產(chǎn)生，將用于使GND 和輸出電壓VSS短路的開關(guān)5從斷開切換至接通。
從僅使電路塊3動(dòng)作的狀態(tài)，再次使電荷泵電路1和電路塊4同時(shí)動(dòng) 作的情況下，將開關(guān)5從開切換至關(guān)。柵極驅(qū)動(dòng)電路2將驅(qū)動(dòng)電壓$ 1、 $2、 $3、 $4供給到電荷泵電路1。電荷泵電路l開始動(dòng)作。在本實(shí)施 方式中，在從電荷泵電路1的停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入到動(dòng)作狀態(tài)時(shí)，通過將圖4所 示的開關(guān)6與開關(guān)晶體管4的源極連接而使開關(guān)晶體管M4截止，通過導(dǎo) 通電阻高的開關(guān)晶體管M5開始充電。
用圖6的實(shí)線表示此時(shí)的電荷泵電路1的輸出電壓VSS和電路塊3 的輸出電壓Vout的過渡特性。在圖6中，在不使用開關(guān)晶體管M5而從動(dòng) 作開始時(shí)使用開關(guān)晶體管M4的情況下，即作為例子用虛線表示現(xiàn)有的電
荷泵電路ll的輸出電壓VSS和電路塊3的輸出電壓Vout的過渡特性。時(shí) 刻Tl表示電荷泵電路11開始動(dòng)作的時(shí)刻。
如圖6的實(shí)線所示，電荷泵電路1的輸出電壓VSS的過渡響應(yīng)與現(xiàn) 有的用虛線表示的響應(yīng)相比，電荷泵電路l啟動(dòng)時(shí)的充電坡度較緩。電荷 泵電路1的輸出電壓VSS的電壓變化通過在半導(dǎo)體集成電路10的P型基 板51和電路塊3的NPN晶體管的集電極擴(kuò)散層55之間形成的寄生電容 器56，而傳播到NPN晶體管，并疊加到電路塊3的信號(hào)等。但是，在本 實(shí)施方式中，由于輸出電壓VSS的充電坡度較緩，所以如圖6所示，將電 壓VCC和GND作為電源供給源的電路塊3的輸出電壓Vout成為小的負(fù) 的峰值電壓值Vn，與由現(xiàn)有的虛線所示的電壓值比較，抑制電位變位。 由此，能防止電路塊3產(chǎn)生過渡音等的不良情況。
電荷泵電路1的開關(guān)6在經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，例如在輸出電壓VSS達(dá) 到(一VCC)后與驅(qū)動(dòng)電壓$4連接，提升電荷泵電路l的充電能力，使 將電荷泵電路1的輸出電壓VSS和電壓VCC作為電源供給源的電路塊4 的動(dòng)作開始。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，從正的電壓VCC和電荷泵電路1的輸 出電壓VSS供給電源的電路塊4、和從正的電源VCC和GND供給電源的 電路塊3被集成在同一芯片上，在這樣的半導(dǎo)體集成電路10中，以降低 耗電等為目的，通過用導(dǎo)通電阻高的開關(guān)晶體管M5幵始充電，而將從僅 使電路塊3動(dòng)作的狀態(tài)使電路塊3和電路塊4同時(shí)動(dòng)作的情況下進(jìn)行的電 荷泵電路1啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓VSS的變動(dòng)坡度變緩，從而不會(huì)對(duì)動(dòng)作中的 電路塊3造成影響。
根據(jù)本實(shí)施方式，由于能防止電荷泵電路1狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)的電路塊3的 過渡音的產(chǎn)生等，所以能將通過電荷泵電路1的輸出電壓驅(qū)動(dòng)的電路塊4、 和與電荷泵電路1獨(dú)立地動(dòng)作的電路塊3集成在同一半導(dǎo)體基板上，能大 幅降低安裝面積。另外，即使將適于便攜設(shè)備的IOMF以下的片型電容器 用于電荷泵電路1的輸出電容器C2，也能實(shí)現(xiàn)比3[V/ms]更緩的充電坡度。
另外，本實(shí)施方式的電荷泵電路l中，并聯(lián)設(shè)置開關(guān)晶體管M5和開 關(guān)晶體管M4，通過開關(guān)晶體管M5和開關(guān)晶體管M4構(gòu)成一個(gè)開關(guān)電路， 當(dāng)并不限定于此，也可以通過將開關(guān)晶體管M5與開關(guān)晶體管M1 M4的
至少一個(gè)并聯(lián)連接，由此來抑制電荷泵電路i的輸出電壓vss的電位變位。
另外，也可以具備開關(guān)晶體管M4、漏極以及源極公共連接的多個(gè)晶
體管、和將各晶體管的柵極的電位切換到驅(qū)動(dòng)電壓爭(zhēng)4和GND的多個(gè)開 關(guān)，通過使充電能力逐漸增大，從而具有縮短電壓變成(一VCC)為止所 需的充電時(shí)間的功能。
另外，如圖7所示，電荷泵電路1也可以是不設(shè)置開關(guān)晶體管M5和 開關(guān)6的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，通過比通常進(jìn)一步抑制開關(guān)晶體管M4的柵極的電 壓$4的H電平，從而使電荷泵電路1啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓VSS的過渡響應(yīng) 變緩，抑制電路塊3的輸出電壓Vout的電位變位。
《第二實(shí)施方式》
圖8表示本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路中包含的柵極驅(qū)動(dòng)電路的其他結(jié)構(gòu) 例。本實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路2a采用的結(jié)構(gòu)是將電容器C12和開關(guān) 32追加到第一實(shí)施方式的圖2所示的結(jié)構(gòu)中。電容器C12和開關(guān)32構(gòu)成 切換電路，其切換驅(qū)動(dòng)電壓$3和$4，使得電荷泵電路1的開關(guān)晶體管 M3和M4的導(dǎo)通占空比變小。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中，除柵 極驅(qū)動(dòng)電路2a以外的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的圖1相同，電荷泵電路1的 內(nèi)部電路是圖7所示的結(jié)構(gòu)。
在柵極驅(qū)動(dòng)電路2a中，電容器C12的一端與電容器C11的一端連接， 電容器C12的另一端與開關(guān)32的一端連接，幵關(guān)32的另一端與GND連 接。在本實(shí)施方式中， 一次LPF通過電阻R13、電容器Cll以及電容器 C12構(gòu)成。
本實(shí)施方式的柵極驅(qū)動(dòng)電路2a在從圖7所示的電荷泵電路1的停止 狀態(tài)變換為動(dòng)作狀態(tài)時(shí)，使開關(guān)32短路，降低由電阻R13、電容器Cll 以及電容器C12構(gòu)成的一次LPF的截止頻率。圖9表示該狀態(tài)下的柵極 驅(qū)動(dòng)電路2a的振蕩器20的輸出電壓V1、 一次LPF的輸出電壓V2、反相 電路22的輸出電壓V3以及柵極驅(qū)動(dòng)電路2的驅(qū)動(dòng)電壓$1 $4的波形。
如圖9所示， 一次LPF的輸出電壓V2的弧度(rounding)比第一實(shí) 施方式圖3的大，死時(shí)間tdl、 td2的時(shí)間長(zhǎng)。g口，驅(qū)動(dòng)電壓$3、 $4的導(dǎo) 通占空比下降。使驅(qū)動(dòng)電壓多3、 $4的導(dǎo)通占空比下降，將驅(qū)動(dòng)電壓$1 $4輸入到電荷泵電路1的情況下的電荷泵電路1啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓VSS
的充電坡度如圖6所示變緩。這樣，通過使死時(shí)間tdl、 td2變長(zhǎng)，使電荷 泵電路1的開關(guān)晶體管M3和M4的導(dǎo)通占空比下降，從而能使電荷泵電 路1啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓VSS的充電坡度變緩，能抑制將電壓VCC和GND 作為電源而供給的電路塊3的輸出電壓Vout的電位變位。
另外，在電荷泵電路l從停止?fàn)顟B(tài)移至動(dòng)作狀態(tài)后，使將電荷泵電路 1的輸出電壓VSS和電壓VCC作為電源而供給的電路4的動(dòng)作開始時(shí)， 為了提高充電能力，使開關(guān)32斷開，提高驅(qū)動(dòng)電壓$3、 $4的導(dǎo)通占空 比，提高電荷泵電路1的充電效率。
另外，在本實(shí)施方式中，雖然減小了電荷泵電路1的開關(guān)晶體管M3 和M4的導(dǎo)通占空比，但并非限定于此，也可以是柵極驅(qū)動(dòng)電路2a設(shè)置切 換電路，來輸出驅(qū)動(dòng)電壓$1 $4，該切換電路包括使開關(guān)晶體管Ml M4的至少一個(gè)開關(guān)晶體管的導(dǎo)通占空比減小的電容器12和開關(guān)32。
另外，在本實(shí)施方式中，雖然將一組電容器C12和開關(guān)32，與電容 器Cll并聯(lián)連接，但也可以將多個(gè)電容器和多個(gè)開關(guān)，與電容器Cll并聯(lián) 連接，通過分為多個(gè)階段來改變導(dǎo)通占空比，從而具有縮短電壓達(dá)到一 VCC為止所需的充電時(shí)間的功能。
另外，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路2a中，即使不設(shè)置電容器C12和開關(guān)32，不 改變電容器11和電阻R13的值，而提高振蕩器20的振蕩頻率由此使導(dǎo)通 占空比下降，也能得到與本實(shí)施方式同樣的效果。
另外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路也可以取代圖7所示的電荷泵電 路1而具有圖4所示的電荷泵電路1。
《第三實(shí)施方式》
圖10表示本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路中包含的電荷泵電路的其他構(gòu)成 例。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中，除圖10所示的電荷泵電路la以 外的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的圖1相同。
本實(shí)施方式的電荷泵電路la除圖7所示的結(jié)構(gòu)以外，還具有電流 源40; —端與電流源40連接，另一端與電荷泵電路la的輸出端子連接的 N型MOS晶體管M20;與N型MOS晶體管M20并聯(lián)連接并連接于電流
源40和電荷泵電路la的輸出端子之間的開關(guān)41;以及開關(guān)42，其切換 是將開關(guān)晶體管M4的柵極與從柵極驅(qū)動(dòng)電路2輸出的驅(qū)動(dòng)電壓$4連接， 還是將其與N型MOS晶體管M20的柵極連接。
在電荷泵電路la從停止?fàn)顟B(tài)向動(dòng)作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，電荷泵電路la將開 關(guān)42與N型MOS晶體管M20的柵極連接，以與驅(qū)動(dòng)電壓$4反相的信 號(hào)控制開關(guān)41的接通/斷開。在本實(shí)施方式的電荷泵電路la中，根據(jù)電流 源40的電流量$4，、開關(guān)41的斷開時(shí)間、以及開關(guān)晶體管M4和N型 MOS晶體管M20的柵極寬W/柵極長(zhǎng)L之比，確定向輸出電容器C2的充
用圖11的實(shí)線表示開關(guān)42與N型MOS晶體管M20的柵極連接的狀 態(tài)下開始動(dòng)作的電荷泵電路la的輸出電壓VSS的過渡響應(yīng)、和電路塊3 的輸出電壓Vout的過渡響應(yīng)。另外，作為例子用虛線表示在開關(guān)42與驅(qū) 動(dòng)電壓$4連接的狀態(tài)下開始動(dòng)作時(shí)的電荷泵電路la的輸出電壓VSS的 過渡響應(yīng)、和電路塊3的輸出電壓Vout的過渡響應(yīng)。
如圖11的實(shí)線所示，在電荷泵電路la從停止?fàn)顟B(tài)向動(dòng)作狀態(tài)變換時(shí) Tl，將開關(guān)42與N型MOS晶體管M20的柵極連接后，利用根據(jù)電流源 40的電流量、開關(guān)41的斷開時(shí)間、以及開關(guān)晶體管M4和N型MOS晶 體管M20的柵極寬W/柵極長(zhǎng)L之比而決定的小的充電量，開始對(duì)輸出電 容器C2充電，所以電荷泵電路la啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓VSS的充電坡度變 緩。由此，能夠抑制將圖1的電壓VCC和GND作為電源而供給的電路塊 3的輸出電壓Vout的電位變位。
另外，在電荷泵電路l從停止?fàn)顟B(tài)變換為動(dòng)作狀態(tài)后，在將電荷泵電 路la的輸出電壓VSS和電壓VCC作為電源而供給的電路塊4的動(dòng)作開始 時(shí)，為了提高充電能力，而將開關(guān)42與驅(qū)動(dòng)電壓$4側(cè)連接。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式的電荷泵電路la的結(jié)構(gòu)，將開關(guān)晶體管M4 用作電流反射鏡的二次側(cè)Tr，并將充電時(shí)的電流限制為固定值，從而能抑 制電荷泵電路從停止?fàn)顟B(tài)向動(dòng)作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)Tl的電荷泵電路la的輸出電 壓VSS的電位變位。由此，能抑制將電壓VCC和GND作為電源而供給 的電路塊3的輸出電壓Vmit的電位變位。
另外，在電荷泵電路I從停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為動(dòng)作狀態(tài)后，開始電路塊4
的動(dòng)作時(shí)，也可以取代將開關(guān)42連接于驅(qū)動(dòng)電壓$4—側(cè)，而增大電流源 40的電流量。
另外，上述第一實(shí)施方式 第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路還可以具 有延遲電路，其從電荷泵電路1或la自動(dòng)作狀態(tài)切換到停止?fàn)顟B(tài)時(shí)具有 延遲時(shí)間地使圖1的開關(guān)5接通。例如，通過流入電荷泵電路1或la的 輸出端子的空載(idling)電流等逐漸使輸出電容器C2放電，使電荷泵電 路1或la的輸出電壓VSS的電位充分接近GND電平后使開關(guān)5接通。 圖12表示此時(shí)的電荷泵電路1或la的輸出電壓VSS和電路塊3的輸出電 壓Vout的波形。如圖12所示，電荷泵電路1或la從動(dòng)作狀態(tài)向停止?fàn)顟B(tài) 切換時(shí)T2的電荷泵電路l或la的輸出電壓VSS和電位變位，與圖14所 示的以往的坡度相比變緩。圖12的電路塊3的輸出電壓Vout的正的峰值 電壓Vp與圖14的峰值電壓Vp相比進(jìn)一步被抑制。這樣，通過從電荷泵 電路1或la自動(dòng)作狀態(tài)切換到停止?fàn)顟B(tài)時(shí)具有延遲時(shí)間地使圖I的開關(guān)5 接通，從而能抑制電荷泵電路1或la從動(dòng)作狀態(tài)向停止?fàn)顟B(tài)切換時(shí)T2的 輸出電壓VSS和電路塊3的輸出電壓Vout的電位變位。
另外，在上述第一實(shí)施方式 第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體集成電路中，雖 然電荷泵電路1或la是降壓型，但即使是升壓型的電荷泵電路，通過抑 制啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓的電位變位，也能抑制與電荷泵電路獨(dú)立地動(dòng)作的電 路塊的輸出電壓的電位變位。
(工業(yè)上的可利用性) 本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路具有能抑制電荷泵電路動(dòng)作開始時(shí)以及動(dòng) 作停止時(shí)的輸出電壓的急劇變化的效果，可以用于將由電荷泵電路的輸出 電壓驅(qū)動(dòng)的電路塊和不需要電荷泵電路的輸出電壓的電路塊集成于同一 基板上的便攜設(shè)備等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路，其中包括電荷泵電路，其與第一電容器和第二電容器連接，在對(duì)所述第一電容器充入了輸入電壓后，將所述第一電容器所充有的電荷轉(zhuǎn)移到所述第二電容器，并將所述第二電容器的電壓值作為輸出電壓，能夠切換對(duì)所述第一或第二電容器進(jìn)行充電的能力；第一電路塊，其被供給正的電源和接地電位作為電源；和第二電路塊，其被供給正的電源和所述電荷泵電路的輸出電壓作為電源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路，其特征在于，所述電荷泵電路包括第一開關(guān)電路，其用于將所述第一電容器的一端與所述輸入電壓短路；第二開關(guān)電路，其用于將所述第一電容器的一端與接地電位短路； 第三開關(guān)電路，其用于將所述第一電容器的另一端與接地電位短路； 第四開關(guān)電路，其用于將所述第一電容器的另一端與所述第二電容器 短路；和切換電路，其在所述第二電容器的充電開始時(shí)，增大所述第一 第四 開關(guān)電路中的至少一個(gè)開關(guān)電路的電阻值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路，其特征在于， 所述電荷泵電路包括第一開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的一端與所述輸入電壓短路；第二開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的 一端與接地電位短路；第三開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的另一 端與接地電位短路；和第四開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的另一 端與所述第二龜容器短路，所述半導(dǎo)體集成電路還包括柵極驅(qū)動(dòng)電路，該柵極驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng) 電壓，來切換所述第一 第四開關(guān)晶體管的導(dǎo)通/截止，所述柵極驅(qū)動(dòng)電路具有切換電路，該切換電路按照在所述第二電容器的充電開始時(shí)將所述電荷泵電路的第一 第四開關(guān)晶體管中的至少一個(gè) 開關(guān)晶體管的導(dǎo)通占空比減小的方式，來切換所述驅(qū)動(dòng)電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體集成電路，其特征在于， 所述電荷泵電路包括第一開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的一端與所述輸入電壓短路；第二開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的一端與接地電位短路；第三開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的另一端與接地電位短路；第四開關(guān)晶體管，其用于將所述第一電容器的另一端與所述第二電容 器短路；第五晶體管，其漏極和柵極與所述第一 第四開關(guān)晶體管中的任一個(gè) 的柵極連接，源極與所述第一 第四開關(guān)晶體管中的任一個(gè)的源極連接； 電流源，其向所述第五晶體管的漏極供給電流；和 切換電路，其切換所述電流源的電流流入所述第五晶體管的漏極的期間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體集成電路，其特征在于， 所述第二電容器是在所述電荷泵電路的輸出與接地電位之間連接的10/iF以下的電容器，所述電荷泵電路在所述第二電容器的充電坡度比3V/ms緩的狀態(tài)下 開始所述第二電容器的充電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體集成電路，其特征在于， 還具備以低阻抗連接所述電荷泵電路的輸出與接地電位之間的開關(guān)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體集成電路，其特征在于， 所述第一電路塊輸出音頻信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體集成電路，其特征在于， 所述第二電路塊輸出視頻信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路包括電荷泵電路(1)，其與快速電容器(C1)和輸出電容器(C2)連接，在對(duì)快速電容器(C1)充電了輸入電壓后，將快速電容器(C1)所充有的電荷轉(zhuǎn)移到輸出電容器(C2)，并將輸出電容器(C2)的電壓值作為輸出電壓，能夠切換對(duì)輸出電容器(C2)充電的能力；電路塊(3)，其被供給正的電源和接地電位作為電源；和電路塊(4)，其被供給正的電源和電荷泵電路的輸出電壓作為電源。在電荷泵電路(1)啟動(dòng)時(shí)抑制電荷泵電路(1)的充電能力。這樣，本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路抑制電荷泵電路啟動(dòng)時(shí)的輸出電壓的急劇變化，抑制與電荷泵電路獨(dú)立地動(dòng)作的電路塊的輸出的過渡變位。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101102081SQ20071012713
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者豐岡徹至, 小林拓, 藤井圭一, 長(zhǎng)澤俊伸 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社