半导体集成电路的制作方法

专利名称：半导体集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及搭载了电荷泵电路的半导体集成电路。
背景技术：
近年来，为了在电池驱动的便携设备中基于低耗电化来实现长时间动 作，而正进行低电源电压化。另一方面，在半导体集成电路的信号处理电 路中，要求输出与以往相同振幅的电压或振幅比以往大的电压。在由于低
电源电压化而不能输出足够的信号振幅的电压时，通过用DC—DC转换器 进行升压或降压，从而在设备内部产生所希望的DC电压，使用该DC电 压输出足够的信号振幅的电压。
在便携设备中，作为DC—DC转换器，广泛使用采用了电荷泵电路的 器件。另外，以减少安装面积为目的，将电荷泵电路和处理信号的电路块 内置在同一基板上的半导体集成电路得到应用。
在专利文献l中，公开了内置有降压型电荷泵电路的现有的半导体集 成电路。如图13所示，现有的半导体集成电路100包括降压型电荷泵 电路11;控制向电荷泵电路11的栅极端子施加的电压的栅极驱动电路2; 在供给正的电压VCC和接地电位(以下称作"GND")作为电源的状态下 进行规定的信号处理的电路块3;在供给正的电压VCC和电荷泵电路11 的输出电压VSS作为电源的状态下进行规定的信号处理的电路块4;以及 通过使电荷泵电路11的输出与GND短路从而使电荷泵电路11的输出为 低阻抗的开关5。半导体集成电路100的这些内部电路被集成在同一基板 上。
电荷泵电路11与对电荷泵电路11充电时使用的快速(flying)电容 器Cl的两端连接，并与一端连接于GND的输出电容器C2的另一端连接。 电荷泵电路11通过从栅极驱动电路2将成为时钟信号的驱动电压$ 1 、 $2、 $3、 $4输入到栅极端子来进行动作，输出负电压的输出电压VSS。
现有的半导体集成电路100在以降低消耗电流等为目的使电路块4停 止而仅使电路块3动作时，使电路块4的动作成为省电状态，并且使电荷 泵电路ll停止。另外，在使电路块4动作时，启动电荷泵电路ll。现有 的半导体集成电路100为了在停止电荷泵电路11的动作时不产生闭锁， 而设置了用于使电荷泵电路11的输出与GND间短路的开关5。图14表 示切换电荷泵电路11的接通/断开时的电荷泵电路11的输出电压VSS和 电路块3的输出电压Vout的波形。图14中，在时刻T1电荷泵电路ll开 始动作，在时刻T2电荷泵电路11停止动作。
在时刻Tl，首先将开关5从接通切换到断开。在施加了输入电压VCC 的状态下开始从栅极驱动电路2输入规定的时钟信号$ 1、 $ 2 、 $ 3 、 $ 4 ，由此电荷泵电路11开始动作。电荷泵电路开始动作后，电荷泵电路 11的输出电压VSS急剧下降，达到电压值(一VCC)。该输出电压VSS 由于成为半导体集成电路100的基板电位，所以受到输出电压VSS急剧下 降的影响，电路块3的输出电压Vout产生过渡的负的峰值电压Vn。
在时刻T2，若栅极驱动电路2停止将时钟信号$ 1 $ 4输入到电荷 泵电路ll的栅极端子，则电荷泵电路ll停止充放电的反复动作。电荷泵 电路11的输出电压VSS上升到0V，受到其影响，电路块3的输出电压 Vout产生过渡的正的峰值电压Vp。
专利文献1:特幵2005 — 79828号公报
在现有的半导体集成电路中，在电路块3的动作中，若电荷泵电路ll 的输出电压VSS急剧变化，则半导体集成电路100的基板的电位也急剧变 化。半导体集成电路100的基板是P型基板，在电路块3具有NPN晶体 管的情况下，通过在半导体集成电路100的P型基板和NPN晶体管的集 电极扩散层之间形成的寄生电容，电荷泵电路11的输出电压VSS的电位 变化波及到NPN晶体管，电压VSS的电位变化叠加到电路块3的信号等 上。例如，当电路块3是输出音频信号的电路的情况下，重叠了电压VSS 的电位变化的信号通过放大电路等，通过图14的时刻Tl和T2所示的输 出电压Vout而产生过渡音(transient sound)等的不良情况。
尤其是，以需要电路块4作为负电源的高能力，提高电荷泵电路11
供给的负电源的电流供给能力为目的，而增大电荷泵电路11内的晶体管 的尺寸，或者为了抑制便携设备的安装面积而使用10/^F以下的输出电容
器C2的情况下，电荷泵电路11的输出电压VSS的充电坡度变陡，电路 块3的过渡音等的不良情况更加显著。
虽然还取决于晶体管面积或放大器的增益，但例如一般的便携设备使 用的包括音频信号输出电路的半导体集成电路的情况，电压VSS的充电坡 度比3[V/rns]缓的情况，过渡音的变位变小，在听觉上大多不会有问题。 但是，将适合便携设备的安装面积小的lOpF以下的片型电容器用作电荷 泵电路11的输出电容器C2的情况下，在现有的结构中难以实现比3[V/ms〗 缓的充电坡度。

发明内容
本发明为解决现有的问题而实现，其目的在于提供一种半导体集成电 路，该半导体集成电路抑制电荷泵电路动作开始以及停止时的输出电压的 急剧变化，抑制与电荷泵电路独立地动作的电路块的输出的过渡变位。
本发明的半导体集成电路包括电荷泵电路，其与第一电容器和第二 电容器连接，在对第一电容器充电了输入电压后，将第一电容器所充有的 电荷转移到第二电容器，并将第二电容器的电压值作为输出电压，能够切 换对第一或第二电容器进行充电的能力；第一电路块，其被供给正的电源 和接地电位作为电源；和第二电路块，其被供给正的电源和电荷泵电路的 输出电压作为电源。
通过在电荷泵电路从停止状态向动作状态转换时抑制电荷泵电路的 充电能力，使电荷泵电路的输出电压的变位坡度变缓，从而减轻处于动作 状态的第一电路块因电荷泵电路的输出电压的变位而受到的影响。由此， 即使在同一半导体集成电路基板上集成了将正的电源和接地电位作为电 源供给源的第一电路块、和将正的电源和电荷泵电路的输出电压作为电源 供给源的第二电路块的情况下，第一电路块也能在不受电荷泵电路的启动 /停止带来的影响的情况下进行动作。由此，能在同一半导体集成电路基板 上集成第一电路块和第二电路块，能实现大幅降低了安装面积的半导体集 成电路。
上述电荷泵电路包括第一开关电路，其用于将第一电容器的一端与 输入电压短路；第二开关电路，其用于将第一电容器的一端与接地电位短 路；第三开关电路，其用于将第一电容器的另一端与接地电位短路；第四
开关电路，其用于将第一电容器的另一端与第二电容器短路；和切换电路，
其在第二电容器的充电开始时，增大第一 第四开关电路中的至少一个开 关电路的电阻值。
上述电荷泵电路包括第一开关晶体管，其用于将第一电容器的一端 与输入电压短路；第二开关晶体管，其用于将第一电容器的一端与接地电 位短路；第三开关晶体管，其用于将第一电容器的另一端与接地电位短路； 和第四开关晶体管，其用于将第一电容器的另一端与第二电容器短路；半 导体集成电路还包括栅极驱动电路，该栅极驱动电路输出驱动电压，来切 换第一 第四开关晶体管的导通/截止，栅极驱动电路具有切换电路，该切 换电路按照在第二电容器的充电开始时将电荷泵电路的第一 第四开关 晶体管中的至少一个开关晶体管的导通占空比减小的方式，来切换驱动电 压。通过栅极驱动电路改变时钟波形的占空比而输出驱动电压，从而抑制 对与电荷泵电路的输出连接的电容器的充电电荷量，能使电荷泵电路的输 出电压的变位的坡度变缓。
上述电荷泵电路包括第一开关晶体管，其用于将第一电容器的一端 与输入电压短路；第二开关晶体管，其用于将第一电容器的一端与接地电 位短路；第三开关晶体管，其用于将第一电容器的另一端与接地电位短路; 第四开关晶体管，其用于将第一电容器的另一端与第二电容器短路；第五 晶体管，其漏极和栅极与第一 第四开关晶体管的至少一个栅极连接，源 极与第一 第四开关晶体管的至少一个源极连接；电流源，其向第五晶体
管的漏极供给电流；和切换电路，其切换电流源的电流流入第五晶体管的 漏极的期间。电荷泵电路的开关晶体管的任意一个以上的开关晶体管为电 流反射镜结构，当电荷泵电路从停止状态向动作状态转换时，通过切换后 的定电流限制从电荷泵电路向输出电容器的充放电量，从而能使电荷泵电 路的输出电压的变位坡度变缓。
第二电容器是在电荷泵电路的输出与接地电位之间连接的10/lF以下 的电容器，此时，电荷泵电路可以在第二电容器的充电坡度比3V/ms缓的
状态下开始第二电容器的充电。由此，能抑制第一电路块的输出电压的电 位变位。
上述半导体集成电路还可具备以低阻抗连接电荷泵电路的输出与接 地电位之间的开关。该开关在电荷泵电路从动作状态向停止状态转换时并 不立即接通，通过流入电荷泵电路的输出端子的空载电流等而逐渐使输出 电容器放电，在电荷泵电路的输出端子的电位十分接近GND电平之后使 开关接通，从而可以使电荷泵电路的输出电压的坡度变缓。由此，即使在 电荷泵电路从动作状态向停止状态转换时，也能抑制第一电路块的电位变 位。
第一电路块可以输出音频信号。另外，第二电路块可以输出视频信号。 (发明效果)
根据本发明，能抑制电荷泵电路的动作开始以及停止时的输出电压的 急剧变化，能实现与电荷泵电路独立地动作的电路块的输出的过渡变位。 由此，可防止电荷泵电路的输出电压的变化对处于动作状态的电路块造成 的影响、或因电荷泵电路的状态转换时产生过渡音。由此，能在同一半导 体集成电路基板上集成将电荷泵电路的输出电压用电源供给端子的电路 块、和与电荷泵电路独立地动作的电路块，能大幅削减安装面积。另外，
即使在将适于便携设备的10/xF以下的片型电容器用作电荷泵电路的输出 电容器的情况下，也能实现比3[V/ms據的充电坡度。


图1是本发明的第一实施方式 第三实施方式的半导体集成电路的框图。
图2是表示第一实施方式的栅极驱动电路的内部结构的电路图。 图3是第一实施方式的栅极驱动电路的动作波形图。 图4是表示第一实施方式的电荷泵电路的内部结构的电路图。 图5是本发明的半导体集成电路中包含电路块中使用的NPN晶体管 的剖面图。
图6是表示第一实施方式的电荷泵电路从停止状态移至动作状态时的 电荷泵电路的输出电压VSS、在同一基板上的电源和GND间动作的电路
块的输出电压Vout的过渡特性的波形图。
图7是表示第一实施方式的电荷泵电路的内部结构的其他例子的电路图。
图8是表示第二实施方式的栅极驱动电路的内部结构的电路图。
图9是表示第二实施方式的栅极驱动电路的动作波形图。
图IO是表示第三实施方式的电荷泵电路的内部结构的电路图。
图11是表示第三实施方式的电荷泵电路从停止状态移至动作状态时
的电荷泵电路的输出电压VSS、与在同一基板上的电源和GND间动作的 电路块的输出电压Voiit的过渡特性的波形图。
图12是表示第一实施方式 第三实施方式的电荷泵电路启动或停止 时的电荷泵电路的输出电压VSS、与在同一基板上的电源和GND间动作 的电路块的输出电压Vout的过渡特性的波形图。
图13是表示以往的半导体集成电路的结构的框图。
图14是表示以往的电荷泵电路从停止状态移至动作状态时的电荷泵 电路的输出电压VSS、与在同一基板上的电源和GND间动作的电路块的 输出电压Vcrnt的过渡特性的波形图。
图中1、 la—电荷泵电路；2、 2a—栅极驱动电路；3 —电路±央；4一 电路块；5 —开关；6 —开关；10 —半导体集成电路；20 —振荡器；21 28 —反相器；30—NAND电路；31—N0R电路；32—开关；40—电流源； 41、 42 —开关；51—P型基板；52 — P型扩散层；53—基极扩散层；54 — 发射极扩散层；55—集电极扩散层；56 —寄生电容器；Cl一快速电容器； C2 —输出电容器；Ml、 M2、 M3、 M4、 M5 —幵关晶体管；Cll、 C12 — 电容器；Mll、 M12 —晶体管；M20—N型MOS晶体管；Rll、 R12、 R13 一电阻；11—现有的电荷泵电路；100—现有的半导体集成电路。
具体实施例方式
下面，参照附图对用于实施本发明的最佳实施方式进行说明。 《第一实施方式》 (半导体集成电路的结构)
图1表示本发明的第一实施方式的半导体集成电路。本实施方式的半
导体集成电路IO包括降压型电荷泵电路1;控制向电荷泵电路1的栅极 端子施加的电压的栅极驱动电路2;在将正的电压VCC和接地电位(以下 称作"GND")作为电源供给源，进行规定的信号处理的电路块3;将正
的电压VCC和电荷泵电路1的输出电压VSS作为电源供给源进行规定的 信号处理的电路块4;以及通过使电荷泵电路1的输出与GND短路从而 使电荷泵电路1的输出为低阻抗的开关5。设置于半导体集成电路10的上 述内部电路被集成在同 一基板上。
电荷泵电路1与对电荷泵电路11充电时使用的快速电容器C1的两端 连接，并与一端连接于GND的输出电容器C2的另一端连接。在本实施方 式中，输出电容器C2是适于便携设备的1(^F以下的片型电容器。
在本实施方式中，电路块3是输出音频信号的电路。电路块4构成能 使信号输出在正负间切换并主要输出视频信号的视频输出电路等的无输 出电容器的输出电路。
(栅极驱动电路的结构)
图2表示栅极驱动电路2的结构。栅极驱动电路2包括产生矩形波 电压V1的振荡器20;与振荡器20连接的电阻13和电容器C11所构成的 一次低通滤波器(以下称作"一次LPF");输入一次LPF的输出电压V2 的反相电路21;与反相电路21连接的反相电路22;输入振荡器20的输 出电压VI和反相电路22的输出电压V3的NAND电路30以及NOR电 路31;与NAND电路30连接的反相电路23;由与反相电路23连接的晶 体管M12和电阻R12构成的电平移动电路；与NOR电路31连接的反相 电路24;由与反相电路24连接的晶体管M11和电阻R11构成的电平移动 电路；以及与这些电平移动电路连接的反相电路25 28。
栅极驱动电路2输出连接于晶体管Mil和电阻Rll的连接点的反相 电路26的输出作为驱动电压$ 1 。另外，将经电平移动电路27连接于晶 体管M11和电阻R11的连接点的电平移动电路28的输出作为驱动电压争2 而进行输出。进一步，栅极驱动电路2输出连接于晶体管M12和电阻R12 的连接点的反相电路25的输出作为驱动电压$3以及驱动电压$4。
图3表示振荡器20的输出电压V1、 一次LPF的输出电压V2、反相 电路22的输出电压V3、以及栅极驱动电路2输出的驱动电压$1 $4的波形。如图3所示，栅极驱动电路2按照驱动电压$3、 $4不与驱动电压
多l的低电平(以下记做"L")和驱动电压牵2的高电平(以下记做"H")同 时成为H的方式设置时间差(以下称作"死时间(deadtime) ") tdl、 td2。 (电荷泵电路的结构)
图4表示本实施方式的电荷泵电路1的结构。本实施方式的电荷泵电 路1包括用于使快速电容器Cl的一端与输入电压VCC短路的开关晶体 管Ml;用于使快速电容器Cl的一端与GND短路的开关晶体管M3;用 于使快速电容器Cl的另一端与GND短路的开关晶体管M2;以及用于使 快速电容器Cl的另一端与输出电容器C2短路的开关晶体管M4。
本实施方式的电荷泵电路1进一步包括栅极与驱动电压$4连接， 漏极和源极以相同电位连接于开关晶体管M4的漏极和源极的开关晶体管 M5;以及切换是将开关晶体管M4的栅极与驱动电压多4连接，还是将其 与开关晶体管M4的源极连接的开关6。开关晶体管M5的导通电阻与开 关晶体管M4相比非常高。开关晶体管M4和开关晶体管M5构成一个开 关电路，在输出电容器C2充电时能通过作为切换电路的开关6切换开关 电路的电阻值。
通过从栅极驱动电路2将成为时钟信号的驱动电压$ 1、 $ 2 、 $ 3 、 $4输入到电荷泵电路1的栅极端子，由此电荷泵电路1的开关晶体管 M1 M5动作。在驱动电压$1为L、 $2为H、 $3和$4为L时，开关 晶体管M1以及M2均导通，开关晶体管M3、 M4以及M5均截止，在正 的输入电压VCC和GND之间对快速电容器Cl进行充电。在驱动电压$1 为H、多2为L、牵3和牵4为H时，开关晶体管M1以及M2均截止，开 关晶体管M3、 M4以及M5均导通，充入快速电容器Cl中的电荷转移到 输出电容器C2。
在本实施方式中，当电荷泵电路1从动作停止状态移至动作状态时， 将开关6与开关晶体管M4的源极连接。即，使开关晶体管M4的栅极一 源极间电压为0，使开关晶体管M4截止。在该状态下，通过驱动电压多4 使开关晶体管M5导通，通过导通电阻高的开关晶体管M5开始充电。经 过规定时间后，通过将开关6与驱动电压$4连接，使开关晶体管M4导 通，通过导通电阻低的开关晶体管M4继续充电。
通过进行所述一系列动作，从而电荷泵电路1输出负电压的输出电压 VSS。电荷泵电路1将输入电压VCC输入时的输出电压VSS的理想值为
-vcc。
(在电路块中使用的NPN晶体管的结构例)
图5表示在电路块3和电路块4中作为代表而使用的NPN晶体管的 纵结构图。在图5中，P型基板51是图l的半导体集成电路10的基板。 包含于电路块3以及4中的NPN晶体管具有基极扩散层53、发射极扩散 层54以及集电极扩散层55，这些扩散层分别连接于基极端子B、发射极 端子E以及集电极端子C。包含于电路块3以及4中的各NPN晶体管通 过用于将安装于半导体集成电路10的元件彼此分离的P型扩散层52而被 分离。另夕卜，在P型基板51和集电极扩散层55之间存在寄生电容器(N 一epi) 56。
(半导体集成电路的动作)
对如上所述构成的本实施方式的半导体集成电路10的动作进行说明。 从同时使电路块3和电路块4动作的状态，以降低消耗电流为目的而使电 路块4和电荷泵电路1停止的情况下，使电路块4的动作成为省电状态， 栅极驱动电路2停止向电荷泵电路1的栅极端子供给驱动电压$1 $ 4 。 电荷泵电路停止充放电的反复动作。在电荷泵电路l停止动作后，电荷泵 电路l的输出电压VSS变为高阻抗，半导体集成电路10的基板电位即电 压VSS高于GND从而产生闭锁，为了防止该闭锁产生，将用于使GND 和输出电压VSS短路的开关5从断开切换至接通。
从仅使电路块3动作的状态，再次使电荷泵电路1和电路块4同时动 作的情况下，将开关5从开切换至关。栅极驱动电路2将驱动电压$ 1、 $2、 $3、 $4供给到电荷泵电路1。电荷泵电路l开始动作。在本实施 方式中，在从电荷泵电路1的停止状态进入到动作状态时，通过将图4所 示的开关6与开关晶体管4的源极连接而使开关晶体管M4截止，通过导 通电阻高的开关晶体管M5开始充电。
用图6的实线表示此时的电荷泵电路1的输出电压VSS和电路块3 的输出电压Vout的过渡特性。在图6中，在不使用开关晶体管M5而从动 作开始时使用开关晶体管M4的情况下，即作为例子用虚线表示现有的电
荷泵电路ll的输出电压VSS和电路块3的输出电压Vout的过渡特性。时 刻Tl表示电荷泵电路11开始动作的时刻。
如图6的实线所示，电荷泵电路1的输出电压VSS的过渡响应与现 有的用虚线表示的响应相比，电荷泵电路l启动时的充电坡度较缓。电荷 泵电路1的输出电压VSS的电压变化通过在半导体集成电路10的P型基 板51和电路块3的NPN晶体管的集电极扩散层55之间形成的寄生电容 器56，而传播到NPN晶体管，并叠加到电路块3的信号等。但是，在本 实施方式中，由于输出电压VSS的充电坡度较缓，所以如图6所示，将电 压VCC和GND作为电源供给源的电路块3的输出电压Vout成为小的负 的峰值电压值Vn，与由现有的虚线所示的电压值比较，抑制电位变位。 由此，能防止电路块3产生过渡音等的不良情况。
电荷泵电路1的开关6在经过规定时间后，例如在输出电压VSS达 到(一VCC)后与驱动电压$4连接，提升电荷泵电路l的充电能力，使 将电荷泵电路1的输出电压VSS和电压VCC作为电源供给源的电路块4 的动作开始。
如上所述，根据本实施方式，从正的电压VCC和电荷泵电路1的输 出电压VSS供给电源的电路块4、和从正的电源VCC和GND供给电源的 电路块3被集成在同一芯片上，在这样的半导体集成电路10中，以降低 耗电等为目的，通过用导通电阻高的开关晶体管M5幵始充电，而将从仅 使电路块3动作的状态使电路块3和电路块4同时动作的情况下进行的电 荷泵电路1启动时的输出电压VSS的变动坡度变缓，从而不会对动作中的 电路块3造成影响。
根据本实施方式，由于能防止电荷泵电路1状态转移时的电路块3的 过渡音的产生等，所以能将通过电荷泵电路1的输出电压驱动的电路块4、 和与电荷泵电路1独立地动作的电路块3集成在同一半导体基板上，能大 幅降低安装面积。另外，即使将适于便携设备的IOMF以下的片型电容器 用于电荷泵电路1的输出电容器C2，也能实现比3[V/ms]更缓的充电坡度。
另外，本实施方式的电荷泵电路l中，并联设置开关晶体管M5和开 关晶体管M4，通过开关晶体管M5和开关晶体管M4构成一个开关电路， 当并不限定于此，也可以通过将开关晶体管M5与开关晶体管M1 M4的
至少一个并联连接，由此来抑制电荷泵电路i的输出电压vss的电位变位。
另外，也可以具备开关晶体管M4、漏极以及源极公共连接的多个晶
体管、和将各晶体管的栅极的电位切换到驱动电压争4和GND的多个开 关，通过使充电能力逐渐增大，从而具有縮短电压变成(一VCC)为止所 需的充电时间的功能。
另外，如图7所示，电荷泵电路1也可以是不设置开关晶体管M5和 开关6的结构。此时，通过比通常进一步抑制开关晶体管M4的栅极的电 压$4的H电平，从而使电荷泵电路1启动时的输出电压VSS的过渡响应 变缓，抑制电路块3的输出电压Vout的电位变位。
《第二实施方式》
图8表示本发明的半导体集成电路中包含的栅极驱动电路的其他结构 例。本实施方式的栅极驱动电路2a采用的结构是将电容器C12和开关 32追加到第一实施方式的图2所示的结构中。电容器C12和开关32构成 切换电路，其切换驱动电压$3和$4，使得电荷泵电路1的开关晶体管 M3和M4的导通占空比变小。在本实施方式的半导体集成电路中，除栅 极驱动电路2a以外的结构与第一实施方式的图1相同，电荷泵电路1的 内部电路是图7所示的结构。
在栅极驱动电路2a中，电容器C12的一端与电容器C11的一端连接， 电容器C12的另一端与开关32的一端连接，幵关32的另一端与GND连 接。在本实施方式中， 一次LPF通过电阻R13、电容器Cll以及电容器 C12构成。
本实施方式的栅极驱动电路2a在从图7所示的电荷泵电路1的停止 状态变换为动作状态时，使开关32短路，降低由电阻R13、电容器Cll 以及电容器C12构成的一次LPF的截止频率。图9表示该状态下的栅极 驱动电路2a的振荡器20的输出电压V1、 一次LPF的输出电压V2、反相 电路22的输出电压V3以及栅极驱动电路2的驱动电压$1 $4的波形。
如图9所示， 一次LPF的输出电压V2的弧度(rounding)比第一实 施方式图3的大，死时间tdl、 td2的时间长。g口，驱动电压$3、 $4的导 通占空比下降。使驱动电压多3、 $4的导通占空比下降，将驱动电压$1 $4输入到电荷泵电路1的情况下的电荷泵电路1启动时的输出电压VSS
的充电坡度如图6所示变缓。这样，通过使死时间tdl、 td2变长，使电荷 泵电路1的开关晶体管M3和M4的导通占空比下降，从而能使电荷泵电 路1启动时的输出电压VSS的充电坡度变缓，能抑制将电压VCC和GND 作为电源而供给的电路块3的输出电压Vout的电位变位。
另外，在电荷泵电路l从停止状态移至动作状态后，使将电荷泵电路 1的输出电压VSS和电压VCC作为电源而供给的电路4的动作开始时， 为了提高充电能力，使开关32断开，提高驱动电压$3、 $4的导通占空 比，提高电荷泵电路1的充电效率。
另外，在本实施方式中，虽然减小了电荷泵电路1的开关晶体管M3 和M4的导通占空比，但并非限定于此，也可以是栅极驱动电路2a设置切 换电路，来输出驱动电压$1 $4，该切换电路包括使开关晶体管Ml M4的至少一个开关晶体管的导通占空比减小的电容器12和开关32。
另外，在本实施方式中，虽然将一组电容器C12和开关32，与电容 器Cll并联连接，但也可以将多个电容器和多个开关，与电容器Cll并联 连接，通过分为多个阶段来改变导通占空比，从而具有縮短电压达到一 VCC为止所需的充电时间的功能。
另外，在数据驱动电路2a中，即使不设置电容器C12和开关32，不 改变电容器11和电阻R13的值，而提高振荡器20的振荡频率由此使导通 占空比下降，也能得到与本实施方式同样的效果。
另外，本实施方式的半导体集成电路也可以取代图7所示的电荷泵电 路1而具有图4所示的电荷泵电路1。
《第三实施方式》
图10表示本发明的半导体集成电路中包含的电荷泵电路的其他构成 例。在本实施方式的半导体集成电路中，除图10所示的电荷泵电路la以 外的结构与第一实施方式的图1相同。
本实施方式的电荷泵电路la除图7所示的结构以外，还具有电流 源40; —端与电流源40连接，另一端与电荷泵电路la的输出端子连接的 N型MOS晶体管M20;与N型MOS晶体管M20并联连接并连接于电流
源40和电荷泵电路la的输出端子之间的开关41;以及开关42，其切换 是将开关晶体管M4的栅极与从栅极驱动电路2输出的驱动电压$4连接， 还是将其与N型MOS晶体管M20的栅极连接。
在电荷泵电路la从停止状态向动作状态转换时，电荷泵电路la将开 关42与N型MOS晶体管M20的栅极连接，以与驱动电压$4反相的信 号控制开关41的接通/断开。在本实施方式的电荷泵电路la中，根据电流 源40的电流量$4，、开关41的断开时间、以及开关晶体管M4和N型 MOS晶体管M20的栅极宽W/栅极长L之比，确定向输出电容器C2的充
用图11的实线表示开关42与N型MOS晶体管M20的栅极连接的状 态下开始动作的电荷泵电路la的输出电压VSS的过渡响应、和电路块3 的输出电压Vout的过渡响应。另外，作为例子用虚线表示在开关42与驱 动电压$4连接的状态下开始动作时的电荷泵电路la的输出电压VSS的 过渡响应、和电路块3的输出电压Vout的过渡响应。
如图11的实线所示，在电荷泵电路la从停止状态向动作状态变换时 Tl，将开关42与N型MOS晶体管M20的栅极连接后，利用根据电流源 40的电流量、开关41的断开时间、以及开关晶体管M4和N型MOS晶 体管M20的栅极宽W/栅极长L之比而决定的小的充电量，开始对输出电 容器C2充电，所以电荷泵电路la启动时的输出电压VSS的充电坡度变 缓。由此，能够抑制将图1的电压VCC和GND作为电源而供给的电路块 3的输出电压Vout的电位变位。
另外，在电荷泵电路l从停止状态变换为动作状态后，在将电荷泵电 路la的输出电压VSS和电压VCC作为电源而供给的电路块4的动作开始 时，为了提高充电能力，而将开关42与驱动电压$4侧连接。
这样，根据本实施方式的电荷泵电路la的结构，将开关晶体管M4 用作电流反射镜的二次侧Tr，并将充电时的电流限制为固定值，从而能抑 制电荷泵电路从停止状态向动作状态转换时Tl的电荷泵电路la的输出电 压VSS的电位变位。由此，能抑制将电压VCC和GND作为电源而供给 的电路块3的输出电压Vmit的电位变位。
另外，在电荷泵电路I从停止状态转换为动作状态后，开始电路块4
的动作时，也可以取代将开关42连接于驱动电压$4—侧，而增大电流源 40的电流量。
另外，上述第一实施方式 第三实施方式的半导体集成电路还可以具 有延迟电路，其从电荷泵电路1或la自动作状态切换到停止状态时具有 延迟时间地使图1的开关5接通。例如，通过流入电荷泵电路1或la的 输出端子的空载(idling)电流等逐渐使输出电容器C2放电，使电荷泵电 路1或la的输出电压VSS的电位充分接近GND电平后使开关5接通。 图12表示此时的电荷泵电路1或la的输出电压VSS和电路块3的输出电 压Vout的波形。如图12所示，电荷泵电路1或la从动作状态向停止状态 切换时T2的电荷泵电路l或la的输出电压VSS和电位变位，与图14所 示的以往的坡度相比变缓。图12的电路块3的输出电压Vout的正的峰值 电压Vp与图14的峰值电压Vp相比进一步被抑制。这样，通过从电荷泵 电路1或la自动作状态切换到停止状态时具有延迟时间地使图I的开关5 接通，从而能抑制电荷泵电路1或la从动作状态向停止状态切换时T2的 输出电压VSS和电路块3的输出电压Vout的电位变位。
另外，在上述第一实施方式 第三实施方式的半导体集成电路中，虽 然电荷泵电路1或la是降压型，但即使是升压型的电荷泵电路，通过抑 制启动时的输出电压的电位变位，也能抑制与电荷泵电路独立地动作的电 路块的输出电压的电位变位。
(工业上的可利用性) 本发明的半导体集成电路具有能抑制电荷泵电路动作开始时以及动 作停止时的输出电压的急剧变化的效果，可以用于将由电荷泵电路的输出 电压驱动的电路块和不需要电荷泵电路的输出电压的电路块集成于同一 基板上的便携设备等。
权利要求
1.一种半导体集成电路，其中包括电荷泵电路，其与第一电容器和第二电容器连接，在对所述第一电容器充入了输入电压后，将所述第一电容器所充有的电荷转移到所述第二电容器，并将所述第二电容器的电压值作为输出电压，能够切换对所述第一或第二电容器进行充电的能力；第一电路块，其被供给正的电源和接地电位作为电源；和第二电路块，其被供给正的电源和所述电荷泵电路的输出电压作为电源。
2. 根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于，所述电荷泵电路包括第一开关电路，其用于将所述第一电容器的一端与所述输入电压短路；第二开关电路，其用于将所述第一电容器的一端与接地电位短路； 第三开关电路，其用于将所述第一电容器的另一端与接地电位短路； 第四开关电路，其用于将所述第一电容器的另一端与所述第二电容器 短路；和切换电路，其在所述第二电容器的充电开始时，增大所述第一 第四 开关电路中的至少一个开关电路的电阻值。
3. 根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述电荷泵电路包括第一开关晶体管，其用于将所述第一电容器的一端与所述输入电压短路；第二开关晶体管，其用于将所述第一电容器的 一端与接地电位短路；第三开关晶体管，其用于将所述第一电容器的另一 端与接地电位短路；和第四开关晶体管，其用于将所述第一电容器的另一 端与所述第二龟容器短路，所述半导体集成电路还包括栅极驱动电路，该栅极驱动电路输出驱动 电压，来切换所述第一 第四开关晶体管的导通/截止，所述栅极驱动电路具有切换电路，该切换电路按照在所述第二电容器的充电开始时将所述电荷泵电路的第一 第四开关晶体管中的至少一个 开关晶体管的导通占空比减小的方式，来切换所述驱动电压。
4. 根据权利要求l所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述电荷泵电路包括第一开关晶体管，其用于将所述第一电容器的一端与所述输入电压短路；第二开关晶体管，其用于将所述第一电容器的一端与接地电位短路；第三开关晶体管，其用于将所述第一电容器的另一端与接地电位短路；第四开关晶体管，其用于将所述第一电容器的另一端与所述第二电容 器短路；第五晶体管，其漏极和栅极与所述第一 第四开关晶体管中的任一个 的栅极连接，源极与所述第一 第四开关晶体管中的任一个的源极连接； 电流源，其向所述第五晶体管的漏极供给电流；和 切换电路，其切换所述电流源的电流流入所述第五晶体管的漏极的期间。
5. 根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述第二电容器是在所述电荷泵电路的输出与接地电位之间连接的10/iF以下的电容器，所述电荷泵电路在所述第二电容器的充电坡度比3V/ms缓的状态下 开始所述第二电容器的充电。
6. 根据权利要求l所述的半导体集成电路，其特征在于， 还具备以低阻抗连接所述电荷泵电路的输出与接地电位之间的开关。
7. 根据权利要求l所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述第一电路块输出音频信号。
8. 根据权利要求l所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述第二电路块输出视频信号。
全文摘要
本发明的半导体集成电路包括电荷泵电路(1)，其与快速电容器(C1)和输出电容器(C2)连接，在对快速电容器(C1)充电了输入电压后，将快速电容器(C1)所充有的电荷转移到输出电容器(C2)，并将输出电容器(C2)的电压值作为输出电压，能够切换对输出电容器(C2)充电的能力；电路块(3)，其被供给正的电源和接地电位作为电源；和电路块(4)，其被供给正的电源和电荷泵电路的输出电压作为电源。在电荷泵电路(1)启动时抑制电荷泵电路(1)的充电能力。这样，本发明的半导体集成电路抑制电荷泵电路启动时的输出电压的急剧变化，抑制与电荷泵电路独立地动作的电路块的输出的过渡变位。
文档编号H02M3/04GK101102081SQ20071012713
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月4日 优先权日2006年7月5日
发明者丰冈徹至, 小林拓, 藤井圭一, 长泽俊伸 申请人:松下电器产业株式会社