專利名稱：半導(dǎo)體裝置及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及顯示裝置。
背景技術(shù)：
作為顯示裝置，通常使用具有電光學(xué)裝置的液晶顯示裝置。將液晶顯示裝置裝配于電子設(shè)備，能同時實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的小型化和降低損耗電流。
可是，液晶顯示裝置的驅(qū)動需要高電壓。因此，在驅(qū)動電光學(xué)裝置的驅(qū)動IC(Integrated Circuit)(廣義為半導(dǎo)體裝置)內(nèi)置生成高電壓的電源電路，符合降低成本的觀點(diǎn)。此時，電源電路具有升壓電路。升壓電路將高電位一側(cè)的系統(tǒng)電源電壓VDD和低電位一側(cè)的接地電源電壓VSS之間的電壓升壓，生成液晶驅(qū)動用的輸出電壓Vout。
作為這種升壓電路，采用以所謂的電荷泵方式生成升壓電壓的電荷泵電路，能降低功耗。電荷泵電路具有電容器。在將液晶面板和驅(qū)動IC模塊化了的液晶面板模塊中，通過將電荷泵電路電容器內(nèi)置于IC內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)安裝工程的簡化和整體成本的降低。例如，在5倍升壓的普通電荷泵電路中需要5個電容器，所以，根據(jù)上述觀點(diǎn)，將這些電容器內(nèi)置于IC內(nèi)中具有很大的優(yōu)點(diǎn)。
但是，除了更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低功耗化及小型化外，市場強(qiáng)烈需求可更高清晰顯示的顯示裝置，特別是液晶顯示裝置。因此，在驅(qū)動液晶顯示裝置的驅(qū)動器中，需要以更小的能率比(duty ratio)驅(qū)動的同時，也需要更高的驅(qū)動用電壓。例如，在能率比為1/65的驅(qū)動器中，作為輸出電壓Vout需要9伏左右的驅(qū)動用電壓。
例如，作為系統(tǒng)電源電壓VDD和接地電源電壓VSS之間的電壓，考慮升壓最小2.4伏電壓的情況，在5倍升壓時，理想值是能夠獲得12伏電壓，但如果考慮升壓效率，那么，例如以80％的升壓效率可以得到9.6伏。因此，對于能率比1/65的驅(qū)動器來說可以供給所需要的電源。
另外，根據(jù)不同用戶，有時要求保證系統(tǒng)電源電壓VDD和接地電源電壓VSS之間的電壓1.8伏工作。此時，系統(tǒng)電源電壓VDD和接地電源電壓VSS之間的電壓為2.4伏和1.8伏兩種時，需要實(shí)現(xiàn)能率比1/65的驅(qū)動器。所以不得不做6倍升壓。因?yàn)榧词箤?.8伏做5倍升壓，也難以使升壓效率達(dá)到100％。
內(nèi)置6倍升壓的電源電路的驅(qū)動器，如果內(nèi)置6倍升壓所需要的所有電容器，則與內(nèi)置5倍升壓的電源電路的驅(qū)動器比較，內(nèi)置的電容器數(shù)增加，面積增大。導(dǎo)致成本提高。因此，即使可以滿足采用升壓6倍1.8伏電壓的用戶的需求，也不能滿足采用升壓2.4伏5倍電壓的用戶的需求。
如上所述，在內(nèi)置電源電路的驅(qū)動器中，希望生成即能抑制成本，又能滿足盡可能多的用戶要求的升壓電壓。
另外，電荷泵電路的電容器內(nèi)置于驅(qū)動器IC內(nèi)時，為了得到和外置時相同的容量，使內(nèi)置的電容器的面積變大成本增高。另一方面，如果縮小內(nèi)置的電容器面積，則消耗電流增多。這樣，內(nèi)置的電容器面積和消耗電流有平衡(trade-off)的關(guān)系。
因此，為了既縮小電容器的面積又降低成本，要求采用小容量的電容器而具有和以往相同的能力(電荷供給能力，負(fù)載驅(qū)動能力)的電荷泵式的升壓電路。換言之，就是尋求一種電容器面積相同(成本相同)，并具有和以往的容量內(nèi)置升壓電路相同的能力，同時又能進(jìn)一步降低消耗電流的電荷泵式升壓電路。
另外，IC外置的每1個電容器的容量是0.1～1μF，IC中內(nèi)置的每1個電容器的容量是1nF左右。因此，為了得到和沒有內(nèi)置以往的電容的升壓電路相同的能力，需要提高電荷泵電路中開關(guān)元件的切換頻率，從而導(dǎo)致因電容器的充放電電流的增加引起的消耗電流的增大。因此，希望提供降低電容器充放電電流的電荷泵電路。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的技術(shù)問題，本發(fā)明的第一目的在于提供一種能夠抑制成本，生成盡可能滿足眾多用戶要求的升壓電壓的半導(dǎo)體裝置，及裝配此半導(dǎo)體裝置的顯示裝置。
另外本發(fā)明的第二目的在于提供不降低負(fù)栽驅(qū)動能力，且低功耗生成升壓電壓的半導(dǎo)體裝置，及裝配此半導(dǎo)體裝置的顯示裝置。
為了解決以上課題，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置，系將第一及第二電源線間的電壓M×N(M＞N，M、N為正的整數(shù))倍升壓后，生成輸出電壓的半導(dǎo)體裝置，包括第一電路，其在所述第一及第二的電源線和升壓電源線之間連接，通過電荷泵動作，在所述第一電源線和升壓電源線之間輸出將所述第一及第二電源線之間的電壓升壓到M倍的電壓；第二電路，與所述第一電源線、所述升壓電源線及輸出電源線連接，包括多個開關(guān)元件；第一端子，被所述第一電源線電連接，第二端子，與所述多個開關(guān)元件中的至少一個開關(guān)元件形成電連接；其中，所述第二電路通過電荷泵工作，在所述第一電源線和所述輸出電源線之間輸出將所述第一電源線及所述升壓電源線之間的電壓升壓到N倍后的電壓，所述電荷泵使用了在半導(dǎo)體裝置的外部連接在所述第一及第二端子間的電容器和由所述第二端子連接的所述開關(guān)元件。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橹粌?nèi)置M倍升壓所需要的電容器，與將M×N倍升壓所需要的所有電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置的情況相比，可以將進(jìn)行M×N倍升壓的電路面積的增大抑制到最小限度。并且能夠以同一容積實(shí)現(xiàn)用戶所要求，例如1.8伏及3伏等多樣電壓V的升壓。因此，可以提供同時滿足不同用戶需求的半導(dǎo)體裝置，例如使用將1.8伏升壓6倍的電壓的用戶需求，以及使用將2.4伏升壓5倍電壓的用戶的需求。
另外，還可以只在半導(dǎo)體裝置上外置N倍升壓的電容器，與在半導(dǎo)體裝置上外置M×N倍升壓需要的所有電容器的情況相比，可以削減實(shí)際安裝步驟及實(shí)際安裝面積。
因此可以提供一種能夠抑制成本，生成盡可能滿足多的用戶要求的升壓電壓的半導(dǎo)體裝置。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，N也可以是2。
根據(jù)本發(fā)明，可以將第二電路中外置的電容器數(shù)目設(shè)定為最小數(shù)，使實(shí)際安裝步驟及實(shí)際安裝面積進(jìn)一步削減。
另外，在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中還包括第三～第五端子；所述第二電路中包括在所述第一電源線和所述升壓電源線之間串聯(lián)連接的第一及第二輸出用開關(guān)元件；以及在所述升壓電源線和所述輸出電源線之間串聯(lián)連接的第三及第四輸出用開關(guān)元件；所述第二端子連接在所述輸出電源線上，所述第三端子與連接有所述第一及第二輸出用開關(guān)元件的連接節(jié)點(diǎn)形成電連接；所述第四元件與連接有所述第二及第三輸出用開關(guān)元件的連接節(jié)點(diǎn)形成電連接；所述第五端子與連接有所述第三及第四輸出用開關(guān)元件的連接節(jié)點(diǎn)形成電連接也可以。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槟軌蜻M(jìn)一步減少構(gòu)成第二電路的開關(guān)元件的數(shù)目，所以可以進(jìn)一步削減實(shí)際安裝步驟及實(shí)際安裝面積。
另外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，還包括第3～第(M+1)(M是大于等于3的整數(shù))的電源線，所述第一電路包括第1～第(M-1)的升壓用電容器，其第j(1≤j≤M-1，j為整數(shù))升壓用電容器在第一期間中被連接在第j電源線和第(j+1)的電源線之間的同時，在所述第一期間經(jīng)過后的第二期間中被連接在第(j+1)電源線和第(j+2)的電源線之間；以及第1～第(M-2)的穩(wěn)壓用電容器，第k(1≤k≤M-2，k為整數(shù))的穩(wěn)壓電容器在第(k+1)電源線和第(k+2)的電源線之間連接，在所述第二期間中儲存從第k升壓電容器的各升壓用電容器釋放出的電荷；所述第(M+1)的電源線，也可以連接在所述升壓電源線上。
另外本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，所述第一電路還可以包括在第M電源線和第(M+1)的電源線之間連接的第(M-1)的穩(wěn)壓電容器，所述第(M-1)穩(wěn)壓用電容器，在所述第二期間儲存從第(M-1)升壓用電容器釋放出的電荷。
根據(jù)本發(fā)明，可以降低構(gòu)成第一電路的各構(gòu)成要素中附加電壓。因此，使抑制制造成本成為可能。
另外，在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，還包括第3～第(M+1)(M為大于等于3的整數(shù))電源線；所述第一電路包括第一開關(guān)元件的一端連接在第一電源線上，第2M的開關(guān)元件的一端連接在第(M+1)的電源線上，第一及第2M開關(guān)元件以外的其余的開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述第一開關(guān)元件的其他端和所述第2M的開關(guān)元件的其他端之間的第1～第2M的開關(guān)元件、各升壓用電容器的一端與連接有第j(1≤j≤2M-3，j為奇數(shù))及第(j+1)的開關(guān)元件的第j節(jié)點(diǎn)連接，該升壓用電容器的其他端與連接有第(j+2)及第(j+3)的開關(guān)元件的第(j+2)的連接接點(diǎn)連接的第1～第(M-1)的升壓用電容器、以及各穩(wěn)壓用電容器的一端與連接有第k(2≤k≤2M-4，k為偶數(shù))及第(k+1)的開關(guān)元件的第k節(jié)點(diǎn)連接，該穩(wěn)壓用電容器的其他端與連接有第(k+2)及第(k+3)的開關(guān)元件的第(k+2)節(jié)點(diǎn)連接的第1～第(M-2)的穩(wěn)壓用電容器；所述第(M+1)電源線連接在所述升壓電源線上，第r(1≤r≤2M-1，r為整數(shù))的開關(guān)元件和第(r+1)的開關(guān)元件互斥地被開關(guān)控制為導(dǎo)通，也可以在該第一及第(M+1)的電源線之間輸出將第一及第2電源線之間的電壓升壓到M倍的電壓。
在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，所述第一電路，還包括第M電源線和第(M+1)電源線之間連接的第(M-1)的穩(wěn)壓用電容器，所述第(M-1)的穩(wěn)壓用電容器，在所述第二期間中可以儲存從第(M-1)升壓用電容器釋放出的電荷。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，還可以對各升壓用電容器及各穩(wěn)壓用電容器施加所述第一及第二電源線之間的電壓。
根據(jù)本發(fā)明，可以用低耐壓制造工藝制進(jìn)構(gòu)成第一電路的開關(guān)元件、升壓用電容器及穩(wěn)壓用電容器。另外，開關(guān)元件由一般MOS晶體管實(shí)現(xiàn)時，可以用低耐壓制造工藝制造MOS晶體管，所以可以降低MOS晶體管的柵電容的充放電電流。
另外，同一般的電荷泵電路相比較，在半導(dǎo)體裝置內(nèi)用相同的面積加入電容器(成本相同)，要得到相同輸出阻抗(能力相同)時，可以降低電容器的充放電頻率，所以可以降低開關(guān)伴隨的消耗電流。還有，以低耐壓制造工藝加入電容器，可以大幅度削減電容器的寄生容量的充放電電流。
因此，不降低負(fù)栽驅(qū)動能力，可以提供以低消耗生成升壓電壓的半導(dǎo)體裝置。
另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，還包括第3～第(M+1)(M為3以上整數(shù))的電源線，所述第一電路包括第一及第二電荷泵電路，所述第(M+1)電源線，連接到所述升壓電源線，所述第一電荷泵電路包括第一組的第1～第(M-1)的升壓用電容器，其第j1(1≤j1≤M-1，j1為整數(shù))升壓用電容器在第一期間中連接在第j1電源線和第(j1+1)電源線之間的同時，在所述第一期間過后的第二期間中連接在第(j1+1)電源線和第(j1+2)電源線之間，所述第二電荷泵電路也可以包括第二組的第1～第(M-1)升壓用電容器，第j2(1≤j2≤M-1，j2為整數(shù))的升壓用電容器在所述第二期間中連接在第j2電源線和第(j2+1)電源線之間的同時，在所述第一期間中連接在第(j2+1)電源線和第(j2+2)電源線之間。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，所述第一電路還可以包括，第1～第(M-2)的穩(wěn)壓用電容器，其第k(1≤k≤M-2，k為整數(shù))的穩(wěn)壓用電容器連接在第(k+1)電源線和第(k+2)電源線之間。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，所述第一電路還可以包括，在第M電源線和第(M+1)電源線之間連接的第(M-1)的穩(wěn)壓用電容器。
根據(jù)本發(fā)明，可以降低構(gòu)成第一電路的各構(gòu)成要素中附加的電壓。因此，可以控制制造成本。并且，第一期間中，由第二電荷泵電路升壓的電壓在第一及第(M+1)電源線VL-1，VL-(M+1)之間輸出。另外，在第二期間中，由第一電荷泵電路升壓的電壓，在第1及第(M+1)電源線VL-1，VL-(M+1)之間輸出。因此，第一期間及第二期間中，即使由第(M+1)電源線連接的負(fù)載引起電流減小，也不會使被升壓的電壓下降，進(jìn)而輸出穩(wěn)壓用的電壓。
另外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置，還包括第3～第(M+1)(M為大于等于3的整數(shù))電源線，所述第一電路包括第一及第二電荷泵電路，所述第(M+1)電源線連接在所述升壓電源線上，所述第一電荷泵電路包括第一組的第1～第2M開關(guān)元件，其第1開關(guān)元件的一端連接在第一電源線，第2M開關(guān)元件的一端連接在第(M+1)電源線，第一及第2M開關(guān)元件以外的其余的開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述第1開關(guān)元件的其他端和所述第2M開關(guān)元件的其他端之間，以及第一組的第1～第(M-1)升壓用電容器，其各升壓用電容器的一端，連接在接有第j1(1≤j1≤2M-3，j1為奇數(shù))及第(j1+1)開關(guān)元件的第j1的連接節(jié)點(diǎn)上，該升壓用電容器的其他端，連接在接有第(j1+2)及第(j1+3)開關(guān)元件的第(j1+2)連接節(jié)點(diǎn)上。所述第一組的第r1(1≤r1≤2M-1，r1為整數(shù))開關(guān)元件和所述第一組的第(r1+1)開關(guān)元件互斥地開關(guān)控制成導(dǎo)通狀態(tài)；所述第二電荷泵電路包括第二組的第1～第2M開關(guān)元件，其第1開關(guān)元件的一端連接在第一電源線，第2M開關(guān)元件的一端連接在第(m+1)電源線上，除了第一及第2M開關(guān)元件的其余開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述第1開關(guān)元件的其他端和所述第2M開關(guān)元件的其他端之間、第二組的第1～第(M-1)升壓用電容器，其各升壓用電容器的一端，連接在接有第j2(1≤J2≤2M-3，j2為奇數(shù))及第(j2+1)開關(guān)元件的第j2連接節(jié)點(diǎn)，該升壓用電容器的其他端，連接在接有第(j2+2)及第(j2+3)開關(guān)元件的第(j2+2)連接節(jié)點(diǎn)上，所述第二組的第r2(1≤r2≤2M-1，r2為整數(shù))的開關(guān)元件和所述第二組的第(r2+1)開關(guān)元件互斥地被開關(guān)控制為成導(dǎo)通狀態(tài)。在第一期間中，所述第一組的第r開關(guān)元件(1≤r≤2M，r為整數(shù))開關(guān)控制成導(dǎo)通狀態(tài)的同時，所述第二組的第r開關(guān)元件被開關(guān)控制成關(guān)閉狀態(tài)，在所述第一期間過后的第二期間中，所述第一組的第r開關(guān)元件被開關(guān)控制成關(guān)閉狀態(tài)的同時，所述第二組的第r開關(guān)元件被開關(guān)控制為導(dǎo)通的狀態(tài)也可以。
另外本發(fā)明中涉及的半導(dǎo)體裝置中，所述第一電路也可以包括其各穩(wěn)壓用電容器的一端連接在接有第k(2≤k≤2M-4，k為偶數(shù))及第(k+1)開關(guān)元件的第k連接節(jié)點(diǎn)上，該穩(wěn)壓用電容器的其他端，連接在接有第(k+2)及第(k+3)開關(guān)元件的第(k+2)連接節(jié)點(diǎn)上的第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，所述第一電路還可以包括，連接在第M電源線和第(M+1)電源線之間的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器。
另外本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，還可以在各升壓用電容器上施加所述第一及第二電源線之間的電壓。
根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成第一電路的開關(guān)元件，可以用低耐壓的制造工藝置入升壓用電容器及穩(wěn)壓用電容器。另外，開關(guān)元件通過一般的MOS晶體管實(shí)現(xiàn)時，MOS晶體管可以用低耐壓的制造工藝制造，所以可以降低MOS晶體管的柵電容產(chǎn)生的充放電電流。
再有，與一般的電荷泵電路相比較，在半導(dǎo)體裝置內(nèi)用同樣的面積加入電容器(成本相同)，并得到相同的輸出阻抗(能力相同)時，因?yàn)榭梢越档碗娙萜鞒浞烹姷念l率，所以可以降低伴隨轉(zhuǎn)換而造成的消耗電流。還有，能夠用低耐壓的制造工藝加入電容器，從而可大幅削減因電容器的寄生容量而產(chǎn)生的充放電電流。
而且，在第一期間，被第二電荷泵電路升壓后的電壓在第一及第(M+1)電源線VL-1，VL-(M+I)之間輸出。另外，在第二期間，被第一電荷泵電路升壓后的電壓，在第一及第(M+1)電源線VL-1，VL-(M+1)之間輸出。因此，第一期間及第二期間中，由第M電源線連接的負(fù)載造成的電流減少，也不會使升壓的電壓下降，也可以輸出穩(wěn)壓用的電壓。
還有本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中包括調(diào)整電壓的電壓調(diào)整電路，將所述電壓調(diào)整電路調(diào)整過的電壓，作為所述第一及第二電源線之間電壓提供。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，所述電壓調(diào)整電路，也可以根據(jù)參考電壓和所述第一及第(M+1)電源線之間電壓或分壓該電壓得到的分壓電壓的比較結(jié)果來調(diào)整電壓另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，還可以包括電壓調(diào)整電路，其根據(jù)分壓所述第1及第(M+1)電源間的電壓得到的分壓電壓和參考電壓的比較結(jié)果，改變用于所述第1～第2M的開關(guān)元件的開關(guān)控制的開關(guān)控制信號頻率。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，還包括多值電壓生成電路，其根據(jù)所述第1及第(M+1)的電源線之間的電壓生成多值電壓。
根據(jù)本發(fā)明可以高精度生成驅(qū)動用電壓，所以可以提供實(shí)現(xiàn)表示品質(zhì)高的驅(qū)動的半導(dǎo)體裝置。
另外在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置中，還可以包括驅(qū)動器部分，其根據(jù)由所述多值電壓生成電路生成的多值電壓驅(qū)動電子光學(xué)裝置。
另外本發(fā)明涉及一種顯示裝置，其包括多條掃描線、多條數(shù)據(jù)線、多個像素、驅(qū)動多條掃描線的掃描驅(qū)動器、及用于驅(qū)動所述多條數(shù)據(jù)線的以上所述的半導(dǎo)體裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過可以使半導(dǎo)體裝置低成本及低功耗共存，以更低成本，提供低功耗的顯示裝置。


圖1是第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置構(gòu)成的概要圖。
圖2是第一實(shí)施例中的第一電路工作原理的示意圖。
圖3是在圖2中所示的第一電路構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
圖4是表示圖3的開關(guān)控制信號動作模式的時序圖。
圖5A是在第一期間中的圖3的第一電路開關(guān)狀態(tài)的模式圖。
圖5B是在第二期間中的圖3的第一電路開關(guān)狀態(tài)的模式圖。
圖6是表示包括第一電路適用的電荷泵電路的半導(dǎo)體裝置構(gòu)成概要的構(gòu)成圖。
圖7是表示圖6開關(guān)控制信號的動作模式的時序圖。
圖8A，圖8B是電荷泵電路的等效電路圖。
圖9A，圖9B，圖9C，圖9D是電荷泵電路的電荷泵動作前半的4狀態(tài)等效電路圖。
圖10A，圖10B，圖10C，圖10D是電荷泵電路的電荷泵動作后半的4狀態(tài)等效電路圖。
圖11是在比較側(cè)的電荷泵電路構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
圖12是在比較側(cè)的電荷泵電路動作原理的示意圖。
圖13A，圖13B是在比較側(cè)的電荷泵電路的等效電路圖。
圖14A，圖14B，圖14C，圖14D，圖14E是電荷泵電路的電荷泵動作的5狀態(tài)等效電路圖。
圖15是半導(dǎo)體裝置內(nèi)置的電容器寄生電容的示意圖。
圖16是表示第一實(shí)施例中半導(dǎo)體裝置構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
圖17是表示圖16開關(guān)控制信號工作模式的時序圖。
圖18是表示第二實(shí)施方式中第一電路概要的框圖。
圖19是第二實(shí)施方式中第一電路的工作原理示意圖。
圖20是第二實(shí)施方式中第一電路的工作原理其他示意圖。
圖21是表示第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
圖22是模式表示圖21開關(guān)控制信號動作的時序圖。
圖23是表示第二實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置其他構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
圖24是內(nèi)置輸出調(diào)整升壓電壓后得到的電壓的電源電路的半導(dǎo)體裝置的第一構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
圖25是電壓調(diào)整電路構(gòu)成例的框圖。
圖26是內(nèi)置調(diào)整升壓電壓后的輸出電壓的電源電路的半導(dǎo)體裝置的第二構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
圖27是表示裝置構(gòu)成例的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
以下，對照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。以下描述的實(shí)施例不能限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，而且，以下所描述的構(gòu)成也不都是本發(fā)明所必需的構(gòu)成要件。
1.第一實(shí)施方式圖1中為第一的實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置的原理的構(gòu)成圖。半導(dǎo)體裝置(集積電路裝置(IC)，芯片)10用于將第一及第二電源線VL-1和VL-2之間電壓升壓到M×N(M＞N，M，N為正的整數(shù))倍后生成輸出電壓Vout。輸出電壓Vout被輸出到第一電源線VL-1和輸出電源線VLO之間。
半導(dǎo)體裝置10包括第一及第二電路20、30及第一及第二端子T1、T2。
第一電路20，連接在第一及第二電源線VL-1、VL-2和升壓電源線VLU上。而且第一電路20，根據(jù)電荷泵(Charge Pump)工作，將第一及第二電源線VL-1、VL-2之間的電壓VM倍升壓得到的電壓M·V輸出到第一電源線VL-1和升壓電源線VLU之間。
第二電路30與第一電源線VL-1、升壓電源線VLU及輸出電源線VLO連接。并且，第二電路30包括多個開關(guān)元件。通過進(jìn)行這些多個開關(guān)元件的導(dǎo)通或斷開，進(jìn)行電荷泵動作。
第一端子T1電連接在第一電源線VL-1上。第二端子T2電連接在第二電路30的多個開關(guān)元件中的至少一個開關(guān)元件上。
并且，第二電路30，通過在半導(dǎo)體裝置10的外部采用了第一及第二端子T1、T2間連接的電容器C和第二端子T2上連接的開關(guān)元件的電荷泵的動作，在第一電源線VL-1和輸出電源線VLO之間輸出電壓N(M·V)，所述電壓N(M·V)是將第一的電源線VL-1及升壓電源線VLU之間的電壓M·V升壓至N倍得到的。
在這樣的半導(dǎo)體裝置10中，第一電路20具有作為電荷泵電路功能。而且，第一及第二的端子T1、T2之間連接的電容器C和第二電路30具有電荷泵電路的功能。圖1中，半導(dǎo)體裝置10中外置的電容器為1個，但也可以通過半導(dǎo)體裝置10中外置的多個電容器和第二電路30，而賦予升壓電路的功能。
與將M×N倍升壓所需要的所有電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置10時相比較，因?yàn)橹粌?nèi)置M倍升壓所需要的電容器，可以把進(jìn)行M×N倍升壓的電路的面積增大控制到最小限。而且，應(yīng)用戶要求，例如用可以同一容積實(shí)現(xiàn)1.8伏及3伏等的多種電壓V的升壓。因此，可以提供同時滿足例如對于采用將1.8伏升壓6倍的電壓的用戶的要求及對于采用將2.4伏升壓5倍的電壓的用戶的要求的半導(dǎo)體裝置。
而且，可以只將N倍升壓的電容器外置于半導(dǎo)體裝置10上，與M×N倍升壓需要的所有電容器外置于半導(dǎo)體裝置10時相比，可以減少組裝步驟及貼裝面積。
因此，優(yōu)選第二電路30中外置的電容器數(shù)目為最小數(shù)。因此，M比N大，并且N優(yōu)選為2。
但是，在M倍升壓的第一電路中，為進(jìn)行電荷泵動作的電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置10中。一般來說，若在半導(dǎo)體裝置內(nèi)部內(nèi)置電容器的話，除了面積增大導(dǎo)致成本提高外，由于充放電電流的增加消耗電流也增加。
所以，在第一實(shí)施例中，作為第一電路20，由于采用以下所述的電荷泵電路，因此可以降低消耗電流和降低成本。
1.1第一電路第一實(shí)施例中的第一電路20包括多個電容器，輸出由所謂的電荷泵方式升壓的電壓。也就是，第一電路20，包括以下所述的電荷泵電路。
圖2中表示第一實(shí)施例中的第一電路20的工作原理示意圖。這里，圍繞M(M為大于等于3的整數(shù))倍升壓進(jìn)行說明。
第一電路20采用第1～第(M+1)電源線VL-1～VL-(M+1)進(jìn)行電荷泵動作。而且第一電路20，將第一及第二電源線的VL-1和VL-2之間的電壓V升壓到M倍得到的升壓電壓M·V，作為輸出電壓Vout輸出到第(M+1)電源線VL-(M+1)。圖2給出了M為5時(5倍升壓時)的工作原理。
第一電路20，包括第1～第(M-1)升壓用電容器Cu1～Cu(M-1)和第1～第(M-2)穩(wěn)壓電容器Cs1～Cs(M-2)。
第1～第(M-1)的升壓用電容器Cu1～Cu(M-1)中的第j(1≤j≤M-1，j為整數(shù))升壓用電容器Cuj，在第一期間連接在第j電源線VL-jと第(j+1)電源線VL-(j+1)之間。而且，第j的升壓用電容器，在第一期間經(jīng)過后的第二期間連接在第(j+1)電源線VL-(j+1)和第(j+2)電源線VL-(j+2)之間。也就是第j升壓用電容器Cuj上連接的電源線可對應(yīng)于第一期間及第二期間進(jìn)行切換。
例如第一升壓用電容器Cu1，在第一期間中連接在第一及第二電源線VL-1、VL-2之間，在第二期間連接在第二及第三電源線VL-2、VL-3之間。第2升壓用電容器Cu2，在第一期間連接在第二及第三電源線VL-2、VL-3之間，在第二期間連接在第三及第四電源線VL-3、VL-4之間。第(M-1)升壓用電容器Cu(M-1)，在第一期間連接在第(M-I)及第M電源線VL-(M-1)、VL-M之間，在第二期間連接在第M及第(M+1)電源線VL-M、VL-(M+1)之間。
另外，第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器Cs1～Cs(M-2)中的第k(1≤k≤M-2，k為整數(shù))穩(wěn)壓用電容器Csk，在第(k+1)電源線VL-(k+1)和第(k+2)電源線VL-(k+2)之間連接。而且，第k穩(wěn)壓用電容器Csk，儲存第二期間中從第k升壓用電容器Cuk釋放出的電荷(充電)。也就是連接在第k穩(wěn)壓用電容器Csk的電源線，在第一及第二期間的各期間為通用。
例如第一穩(wěn)壓用電容器Cs1，在第二及第三電源線VL-2，VL-3之間連接。而且第一穩(wěn)壓用電容器Cs1，在第二期間儲存從第一升壓用電容器Cu1釋放出的電荷。如上述，在第二期間中，第一穩(wěn)壓用電容器Cs1在第二及第三電源線VL-2和VL-3之間連接。第二穩(wěn)壓用電容器Cs2，在連接第三及第四電源線VL-3和VL-4之間。而且第二穩(wěn)壓用電容器Cs2，儲存從第二期間的第二升壓用電容器Cu2釋放出的電荷。第(M-2)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-2)，在第(M-1)及第M電源線VL-(M-1)、VL-M之間連接。而且第(M-2)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-2)，儲存第二期間第(M-2)升壓用電容器Cu(M-2)釋放出的電荷。
另外第(M+1)電源線VL-(M+1)，連接在如圖1所示的升壓電源線VLU上。
關(guān)于第一電路20的工作原理，如圖2所示以M為5的情況為例加以說明。在第一電源線VL-1供給低電位一側(cè)的接地電壓VSS，在第二電源線VL-2供給高電位一側(cè)的系統(tǒng)電源電壓VDD。在第一及第二電源線VL-1、VL-2之間施加電壓V。
第一期間，在第一升壓用電容器Cu1的兩端附加電壓V。而且，在第一期間經(jīng)過后的第二期間，第一升壓用電容器Cu1連接在第二及第三電源線VL-2，VL-3之間。因此在第一期間，第一升壓用電容器Cu1中儲存的電荷被釋放，儲存在第一穩(wěn)壓用電容器Cs1中。這樣，以連接有第一穩(wěn)壓用電容器Cs1的一端的第二電源線VL-2電壓V為基準(zhǔn)，連接第一穩(wěn)壓用電容器Cs1的其他端的第三電源線VL-3變成2·V電壓。
同樣，在第一期間儲存在第二及第三各升壓用電容器Cu2、Cu3的電荷在第二期間釋放，并被儲存在第二及第三穩(wěn)壓用電容器Cs2、Cs3的各穩(wěn)壓用電容器中。
結(jié)果是，第四～第六電源線VL-4～VL-6的電壓分別為3·V、4·V、5·V。即，作為第一電路20的輸出電壓，在第一及第六電源線VL-1～VL-6之間施加5·V電壓。
另外第一電路20還包括在第M電源線VL-M和第(M+1)電源線VL-(M+1)之間連接的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)，第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)最好在第二期間儲存從第(M-1)升壓用電容器Cu(M-1)釋放出的電荷。也就是M為5時，最好第五及第六電源線VL-5和VL-6之間，再連接第四穩(wěn)壓用電容器Cs4。圖2中連接了相當(dāng)于第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)的第四穩(wěn)壓用電容器Cs4。此時，能以穩(wěn)定的狀態(tài)供給由第四穩(wěn)壓用電容器Cs4在第二期間升壓所產(chǎn)生的輸出電壓vout。再有，在圖2中，第一電路20，最好再包括第一電源線VL-1和第(M+1)電源線VL-(M+1)之間連接的電容器。也就是M為5時，在第一及第六電源線VL-1、VL-6之間最好連接電容器。在圖2中，在相當(dāng)于第一及第(M+1)電源線VL-1、VL-(M+1)的第一及第六電源線VL-1、VL-6之間連接了電容器C0。此時，可以回避因第六電源線VL-6中連接負(fù)載而造成的電壓電平的降低。
圖3中給出了圖2所示的第一電路20的構(gòu)成例。在圖3中的第一電路20中，通過將2個電源線之間串聯(lián)連接的2個開關(guān)元件互斥地被開關(guān)控制成導(dǎo)通。可在第一及第二期間的各期間中，切換各升壓用電容器上各自連接的電源線。
圖3中所示的第一電路20，采用第1～第(M+1)電源線VL-1～VL-(M+1)進(jìn)行電荷泵動作。而且，第一電路20，將第一及第二電源線VL-1、VL-2之間電壓V升壓到M倍得到的升壓電壓M·V作為輸出電壓Vout，輸出到第(M+1)電源線VL-(M+1)上。第(M+1)電源線VL-(M+1)，連接在圖1的升壓電源線VLU上。
在圖3中，給出了M為5時(5倍升壓時)的構(gòu)成例。
第一電路20包括第1～第2M開關(guān)元件SW1～SW2M和第1～第(M-1)的升壓用電容器Cu1～Cu(M-1)以及第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器Cs1～Cs(M-2)。
第1～第2M開關(guān)元件的各開關(guān)元件在第1及第(M+1)電源線VL-1，VL-(M+1)之間串聯(lián)連接。更具體而言，第1開關(guān)元件SW1的一端連接在第一電源線VL-1上，第2M開關(guān)元件SW2M的一端連接在第(M+1)電源線VL-(M+1)上。而且，除了第1及第2M開關(guān)元件SW1，SW2M之外其余的開關(guān)元件SW2～SW(2M-1)直接連接在第一開關(guān)元件SW1的其他端和第2M開關(guān)元件SW2M的其他端之間。
第1～第(M-1)升壓用電容器Cu1～Cu(M-1)的各升壓用電容器的一端，連接在接有第j(1≤j≤2M-3，j為奇數(shù))及第(j+1)開關(guān)元件SWj，SW(j+1)的第j連接節(jié)點(diǎn)ND-j上。并且，該升壓用電容器的其他端，連接在接有第(j+2)及第(j+3)開關(guān)元件SW(j+2)，SW(j+3)的第(j+2)連接節(jié)點(diǎn)ND(j+2)上。
也就是第一升壓用電容器Cu1，在第一及第三連接節(jié)點(diǎn)ND-1、ND-3之間連接。這里，第1連接節(jié)點(diǎn)ND-1是第1及第2開關(guān)元件SW1，SW2互相連接的節(jié)點(diǎn)，第三連接節(jié)點(diǎn)ND-3是第三及第四開關(guān)元件SW3，SW4相互連接的節(jié)點(diǎn)。第二升壓用電容器Cu2，在第三及第五連接節(jié)點(diǎn)ND-3.ND-5之間連接。這里，第五連接節(jié)點(diǎn)ND-5是第五及第六開關(guān)元件SW5、SW6相互連接的節(jié)點(diǎn)。同樣，第(M-1)升壓用電容器Cu(M-1)在第(2M-3)及第(2M-1)連接節(jié)點(diǎn)ND-(2M-3)，ND-(2M-1)之間連接。這里，第(2M-3)連接節(jié)點(diǎn)ND(2M-3)是第(2M-3)及第(2M-2)開關(guān)元件SW(2M-3)和SW(2M-2)相互連接的節(jié)點(diǎn)，第(2M-1)連接節(jié)點(diǎn)ND-(2M-1)是第(2M-1)及第2M開關(guān)元件SW(2M-1)、SW2M相互連接的節(jié)點(diǎn)。
另外圖3中，第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器Cs1～Cs(M-2)的各穩(wěn)壓用電容器的一端，連接在接有第k(2≤k≤2M-4，k為偶數(shù))及第(k+1)開關(guān)元件SWk、SW(k+1)的第k連接節(jié)點(diǎn)ND-k上。而且，該穩(wěn)壓用電容器的其他端，連接在接有第(k+2)及第(k+3)開關(guān)元件Sw(k+2)、SW(k+3)的第(k+2)連接節(jié)點(diǎn)ND-(k+2)上。
也就是第一穩(wěn)壓用電容器Cs1，連接在第二及第四連接節(jié)點(diǎn)ND-2和ND-4之間。這里，第二連接節(jié)點(diǎn)ND-2是第二及第三開關(guān)元件SW2和SW3相互連接的節(jié)點(diǎn)，第四連接節(jié)點(diǎn)ND4是第四及第五開關(guān)元件SW4和SW5相互連接的節(jié)點(diǎn)。第二穩(wěn)壓用電容器Cs2，在第四及第六連接節(jié)點(diǎn)ND4和ND-6之間連接。這里，第六連接節(jié)點(diǎn)ND-6，是第六及第七開關(guān)元件SW6和SW7相互連接的節(jié)點(diǎn)。同樣，第(M-2)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-2)在第(2M-4)及第(2M-2)連接節(jié)點(diǎn)ND-(2M-4)、ND-(2M-2)之間連接。這里，第(2M-4)連接節(jié)點(diǎn)ND(2M-4)是第(2M-4)及第(2M-3)開關(guān)元件SW(2M-4)和SW(2M-3)相互連接的節(jié)點(diǎn)，第(2M-2)連接節(jié)點(diǎn)ND-(2M-2)是第(2M-2)及第(2M-1)開關(guān)元件SW(2M-2)、SW(2M-1)相互連接的節(jié)點(diǎn)。
而且，圖3中的第一電路20中，第r(1≤r≤2M-1，r為整數(shù))開關(guān)元件SWr和第(r+1)開關(guān)元件SW(r+1)互斥地被開關(guān)控制成導(dǎo)通。在第一及第(M+1)電源線VL-1、VL-(M+1)之間，輸出第一及第二電源線之間電壓M倍升壓后的電壓MV。
圖4中，表示進(jìn)行圖3中的各開關(guān)元件的開關(guān)控制的開關(guān)控制信號的工作模式。
這里，設(shè)進(jìn)行第一開關(guān)元件SW1開關(guān)控制(開關(guān)控制)的開關(guān)控制信號為S1，將進(jìn)行第二開關(guān)元件SW2開關(guān)控制的開關(guān)控制信號作為S2，...，將進(jìn)行第2M開關(guān)元件SW2M開關(guān)控制的開關(guān)控制信號作為S2M，模式表示M為5時開關(guān)控制信號S1～S10的動作計(jì)時。各開關(guān)控制信號是重復(fù)圖4中所示動作的時鐘信號。
另外根據(jù)高電平(H)的開關(guān)控制信號，各開關(guān)元件導(dǎo)通，開關(guān)元件的兩端電連接形成導(dǎo)通狀態(tài)。另外根據(jù)低電平(L)的開關(guān)控制信號，各開關(guān)元件斷開，開關(guān)元件的兩端斷電呈非導(dǎo)通狀態(tài)。
開關(guān)控制信號S1，S3，...，S9，在第一期間為高電平，在第二期間為底電平。開關(guān)控制信號S2，S4，...，S10，在第一期間為底電平，在第二期間為高電平。這樣，第r開關(guān)元件SWr和第(r+1)開關(guān)元件SW(r+1)互斥地被開關(guān)控制成導(dǎo)通。
此時，最好將第r開關(guān)元件SWr和第(r+1)開關(guān)元件SW(r+1)開關(guān)控制成沒有同時為導(dǎo)通狀態(tài)的期間。因?yàn)榈趓開關(guān)元件SWr和第(r+1)開關(guān)元件SW(r+1)同時導(dǎo)通的話，將導(dǎo)致由于貫通電流而導(dǎo)致消耗電流的增加。另外圖4中，第二期間為第一期間過后的下一個期間，但并不限于此。例如，即使第二期間在第一期間經(jīng)過后所定的期間開始也可以，重要的是，第二期間只要是在第一期間經(jīng)過后即可。
接下來，關(guān)于圖3表示的第一電路20的動作，以M為5的情況(5倍升壓)為例子，參照圖5A和圖5B進(jìn)行描述。
圖5A是表示第一期間中圖3的第一電路20開關(guān)狀態(tài)的模式圖。圖5B是表示第二期間中圖3的第一電路20開關(guān)狀態(tài)的模式圖。
第一期間中，第一、第三、第五、第七及第九開關(guān)元件SW1、SW3、SW5、SW7、SW9為導(dǎo)通狀態(tài)，第二、第四、第六、第八及第十開關(guān)元件SW2、SW4、SW6、SW8、SW10為斷開狀態(tài)(圖5A)，如果注意第一升壓用電容器Cu1的話，則在第一期間中，對第一升壓用電容器Cu1的兩端附加第一及第二電源線VL-1、VL-2之間電壓V(V、0)。因此，在第一升壓用電容器Cu1中儲存電荷，以使在第一期間使其兩端的電壓達(dá)到V。
在第二期間中，第一、第三、第五、第七及第九開關(guān)元件SW1、SW3、SW5、SW7、SW9為斷開狀態(tài)，第二、第四、第六、第八及第十開關(guān)元件SW2、SW4、SW6、SW8、SW10為導(dǎo)通狀態(tài)(圖5B)。由此，在第一升壓用電容器Cu1的一端，代替第一電源線VL-1而連接第二電源線VL-2。因此，第一升壓用電容器Cu1的其他端電壓為2V。第一升壓用電容器Cu1的其他端，由于連接了第三電源線VL-3，那么連接在第二及第三電源線VL-2、VL-3之間的第一穩(wěn)壓用電容器Cs1的兩端也就加上了電壓V，為使其兩端的電壓為V，電荷將被儲存在第一穩(wěn)壓用電容器Cs1上。所以，第一穩(wěn)壓用電容器Cs1其他端的電壓為2·V。
關(guān)于第2升壓用電容器Cu2也基本相同。即，在第一期間中，第2升壓用電容器Cu2的一端連接第二電源線VL-2。對第二電源線VL-2供給電壓V，但連接第一升壓用電容器Cu1的其他端。而且，第2升壓用電容器Cu2的其他端，連接第一穩(wěn)壓用電容器Cs1的其他端。所以，在第2升壓用電容器Cu2的兩端施加電壓V(2V、V)，因此，在第一期間中，為使第2升壓用電容器Cu2兩端的電壓為V，電荷將被儲存在第2升壓用電容器Cu2中。
而且，若變成第二期間，則第一升壓用電容器Cu1的其他端電壓變?yōu)?·V。所以，其一端與第一升壓用電容器Cu1連接的第2升壓用電容器Cu12的其他端電壓為3V。因?yàn)榈?升壓用電容器Cu2的其他端連接第四電源線VL-4，所以第三及第四電源線VL-3、VL-4之間連接的第2穩(wěn)壓用電容器Cs2的兩端也施加了電壓V，第2穩(wěn)壓用電容器Cs2中，儲存電荷使其兩端電壓變成V。
第三及第四升壓用電容器Cu3、Cu4的他端電壓也與上述同樣，為電荷泵方式升壓的電壓。其結(jié)果，第六電源線VL-6的電壓為5·V，被作為輸出電壓Vout輸出。
另外，在圖3，圖5A，圖5B中，第一電路20還包括在第M電源線VL-M和第(M+1)電源線VL-(M+1)之間連接的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)，第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)，在第二期間最好儲存第(M-1)升壓用電容器Cu(M-1)釋放的電荷。也就是M為5時，在第五及第六電源線VL-5，VL-6之間最好再連接第四穩(wěn)壓用電容器Cs4。圖3，圖5A，圖5B中，用虛線表示相當(dāng)于第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)的第四穩(wěn)壓用電容器Cs4。此時，根據(jù)第四穩(wěn)壓用電容器Cs4可以以穩(wěn)定的狀態(tài)供給在第二期間升壓的輸出電壓Vout。
另外，圖3、圖5A、圖5B中，第一電路20最好還包括在第一電源線VL-1和第(M+1)電源線VL-(M+1)之間連接的電容器。也就是M為5時，第一及第六電源線VL-1，VL-6之間，最好連接電容器。在圖3，圖5A，圖5B中，在相當(dāng)于第一及第(M+1)電源線VL-1、VL-(M+1)的第一及第六電源線VL-1、VL-6之間連接了電容器C0。此時，可以避免由于連接在第六電源線VL-6的負(fù)載而造成的電壓電平的降低。通過采用上述第一電路20的構(gòu)成，可對各升壓用電容器及各穩(wěn)壓用電容器施加和第一及第二電源線VL-1、VL-2之間電壓V相同的電壓。另外，如果各開關(guān)元件也如下所述，不是升壓電壓M·V，只要是對于電壓V或電壓2·V振幅的信號具有耐壓性能即可。因此，若將各升壓用電容器及各穩(wěn)壓用電容器內(nèi)置于IC內(nèi)時，通過不用采用具有電壓M·V耐壓的高耐壓制造工藝，而以實(shí)現(xiàn)低成本化的低耐壓的制造工藝，就能制造出開關(guān)元件及電容器。
1.2內(nèi)置電容器的半導(dǎo)體裝置接下來，圍繞內(nèi)置構(gòu)成第一電路20的電荷泵電路的情況進(jìn)行描述。
圖6中，表示圖3所示的內(nèi)置構(gòu)成第一電路20的電荷泵電路的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成概要。在圖6中，與圖3所示構(gòu)成要素相同的部分上附加同一符號，省略相應(yīng)的說明。
半導(dǎo)體裝置(集積電路裝置(1C)，芯片)100，包括構(gòu)成圖3所示的第一電路20的電荷泵電路200。電荷泵電路200用第1～第(M+1)電源線進(jìn)行電荷泵動作。
半導(dǎo)體裝置100還包括，第一開關(guān)元件一端連接在第一電源線上，第2M(M為3以上的整數(shù))開關(guān)元件的一端連接到第(M+1)電源線，第一及第2M開關(guān)元件以外的其余開關(guān)元件串聯(lián)連接在第一開關(guān)元件的其他端和第2M開關(guān)元件的其他端之間的第1～第2M的開關(guān)元件，及各升壓用電容器一端連接在接有第j(1≤j≤2M-3，j為奇數(shù))及第(j+1)開關(guān)元件的第j連接節(jié)點(diǎn)上，該升壓用電容器的其他端連接在接有第(j+2)及第(j+3)開關(guān)元件的第(j+2)連接節(jié)點(diǎn)上的第1～第(M-1)升壓用電容器，及各穩(wěn)壓用電容器的一端連接在接有第k(2≤k≤2M-4，k為偶數(shù))及第(k+1)的開關(guān)元件的第k連接節(jié)點(diǎn)，該穩(wěn)壓用電容器的其他端連接在接有第(k+2)及第(k+3)開關(guān)元件的第(k+2)連接節(jié)點(diǎn)的第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器。而且，半導(dǎo)體裝置100中，第r(1≤r≤2M-1)，r為整數(shù))開關(guān)元件和第(r+1)開關(guān)元件互斥地被開關(guān)控制成導(dǎo)通。
電荷泵電路200還包括，在第M電源線和第(M+1)電源線之間連接的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器，第(M-1)穩(wěn)壓用電容器，可以在第二期間儲存第(M-1)的升壓用電容器釋放的電荷。圖6中，表示M為5時(5倍升壓)的電荷泵電路200的構(gòu)成，相當(dāng)于第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)的第四穩(wěn)壓用電容器Cs4在第五及第六電源線VL-5，VL-6之間連接。
半導(dǎo)體裝置100內(nèi)置電荷泵電路200的升壓用電容器及穩(wěn)壓用電容器。圖6中，電荷泵電路200的第一～第二升壓用電容器Cu1～Cu4及第一～第四穩(wěn)壓用電容器Cs1～Cs4在半導(dǎo)體裝置100中內(nèi)置。
而且，半導(dǎo)體裝置100中，穩(wěn)壓用化升壓的電壓之外置電容器。更具體的是，半導(dǎo)體裝置100包括和第一及第(M+1)電源線VL-I，VL-(M+1)電連接的第一及第二端子T1、T2，在半導(dǎo)體裝置100外部，第一及第二端子T1、T2之間連接電容器C0。圖6中，半導(dǎo)體裝置100包括和第一及第六電源線VL-1、VL-6電連接的第一及第二端子T1、T2，在半導(dǎo)體裝置100的外部，在第一及第二端子T1、T2之間連接電容器C0。
電荷泵電路200各開關(guān)元件，由金屬氧化膜半導(dǎo)體(MetaI-Oxide SemiconductorMOS)晶體管構(gòu)成。更具體而言，第一開關(guān)元件SW1由n溝道型MOS晶體管Tr1構(gòu)成。第二～第十開關(guān)元件SW2～SW10由p溝道型MOS晶體管Tr2～Tr10構(gòu)成。
因此，作為開關(guān)元件，對MOS晶體管進(jìn)行開關(guān)控制的開關(guān)控制信號S1～S10變?yōu)槿鐖D7所示的時序。另外，作為MOS晶體管Tr1和MOS晶體管Tr2開關(guān)控制信號S1、S2采用開關(guān)控制信號S0。
另外，圖6中，每個MOS晶體管中，用“通”或“斷”來表示第一及第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)。左側(cè)表示第一期間的導(dǎo)通狀態(tài)，右側(cè)表示第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)。
另外圖6中給出了每個升壓用電容器在第一及第二期間，在該升壓用電容器的兩端附加的電壓。左側(cè)表示第一期間中附加的電壓，右側(cè)表示第二期間附加的電壓。
這種電荷泵電路200的工作和圖3，圖4及圖5A，圖5B所示內(nèi)容相同。因此，省略其說明。
1.3輸出阻抗下面，為了說明電荷泵電路200的效果，求出電荷泵電路200的輸出阻抗。
電荷泵電路200的輸出阻抗Z，如式(1)所示，供給已升壓的輸出電壓Vout的第6電源線VL-6產(chǎn)生電流I時，第6電源線VL-6的電壓有下降的傾向。
Vout＝I·Z...(1)電荷泵電路的能力可以用該電荷泵電路的輸出阻抗來表示。輸出阻抗的值越小，意味著因負(fù)載引起電流變化時的電壓降越小。所以，輸出阻抗的值越小電荷泵電路的能力(電荷供給能力、負(fù)載驅(qū)動能力)越高，輸出阻抗的值越大電荷泵電路的能力越低。優(yōu)選能力高的電荷泵電路。
電荷泵電路200的輸出阻抗可以通過如下方法簡單求出。
圖8A、圖8B給出了電荷泵電路200的等效電路。圖8A給出了在第一期間的電荷泵電路200的等效電路。圖8B給出了在第二期間的電荷泵電路200的等效電路。在此，各等效電路中的電阻元件為MOS晶體管的導(dǎo)通電阻(オン抵抗)。另外，各等效電路中的電源是施加在第1電源線VL-1和第2電源線VL-2之間的電壓V。
下面，利用各等效電路，將電荷泵電路200的電荷泵動作分為8個狀態(tài)來考慮，并且，求出各狀態(tài)中的阻抗。
圖9A、圖9B、圖9C、圖9D給出了電荷泵電路200的電荷泵動作的前4個狀態(tài)的等效電路圖。
圖10A、圖10B、圖10C、圖10D給出了電荷泵電路200的電荷泵動作的后4個狀態(tài)的等效電路圖。
也就是圖9(A)是MOS晶體管Tr1、Tr3為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖9(B)是MOS晶體管Tr2、Tr4為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖9(C)是MOS晶體管Tr3、Tr5為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖9(D)是MOS晶體管Tr4、Tr6為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。
另外圖10A是MOS晶體管Tr5、Tr7為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖10B是MOS晶體管Tr6、Tr8為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖10C是MOS晶體管Tr7、Tr9為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖10D是MOS晶體管Tr8、Tr10為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。
然后，設(shè)各MOS晶體管的導(dǎo)通電阻的電阻值為r。而且，在圖9A，圖9B，圖9C，圖9D，圖10A，圖10B，圖10C，圖10D的各狀態(tài)中，將電阻分為DC成分和AC成分。
各狀態(tài)阻抗的DC部分分別是兩個MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，所以為2r。
另外，在各狀態(tài)的導(dǎo)通電流i可以通過i＝cfV求出。在此，f為轉(zhuǎn)換頻率。阻抗的AC部分是由各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的，因此為1/(c·f)。即，通過從圖9A給出的狀態(tài)向圖9B給出的狀態(tài)切換，其阻抗的AC部分成為1/(Cu1·f)。
同樣，通過從圖9B所示的狀態(tài)向圖9C所示的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，其阻抗的AC成分變?yōu)?/(Cs1·f)。通過從圖9C所示的狀態(tài)向圖9D所示的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，阻抗的AC成分變成1/(Cu2·f)。通過從圖9D中所示的狀態(tài)向圖10A所示的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，阻抗的AC成分變成1/(Cs2·f)。通過從圖10A所示的狀態(tài)向圖10B所示的狀態(tài)，阻抗的轉(zhuǎn)換，AC成分變?yōu)?/(Cu3·f)。通過從圖10B所示的狀態(tài)向圖10C所示的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，阻抗的AC成分變?yōu)?/(Cs3·f)。通過從圖10C所示的狀態(tài)到圖10D所示的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，阻抗的AC成分變?yōu)?/(Cu4·f)。
在此，設(shè)各升壓電容器和各穩(wěn)壓用電容器的電容值為c。輸出阻抗Z為阻抗DC部分與AC部分之和，所以，可由下式(2)表達(dá)。
Z＝8×2r+7×1/(c·f)＝16r+7/(c·f)…(2)同時，當(dāng)N倍升壓時，輸出阻抗的一般表達(dá)式可由下式(3)表達(dá)。
Z＝((2N-4)×2+4)×r+(2N-3)/(c·f)＝(4N-4)r+(2N-3)/(c·f)…(3)1.4比較例下面，為了與圖6給出的升壓電路200做對比，就比較例中的電荷泵電路進(jìn)行說明。
圖11給出了比較例的電荷泵電路的組成例。在此，與圖6給出的電荷泵電路200相同部分標(biāo)上相同的標(biāo)記。
比較例中的電荷泵電路300具有第一及第二電源線VLC-1、VLC-2、第1～第(M+2)的輸出電源線VLO-1～VLO-(M+2)。而且，將第一及第二電源線VLC-1，VLC-2之間的電壓V升壓到M倍得到的升壓電壓M·V作為輸出電壓Vout，輸出到第(M+2)的輸出電源線VLO-(M+2)。
電荷泵電路300包括作為低耐壓第1開關(guān)元件～第4開關(guān)元件的n溝道MOS晶體管LN1、LN2和p溝道MOS晶體管LP1、LP2。另外，電荷泵電路300包括作為高耐壓第1開關(guān)元件～第N開關(guān)元件的p溝道MOS晶體管HP1～HPM。
MOS晶體管LP1、LN1串聯(lián)連接在第1電源線VLC-1和第2電源線VLC-2之間。MOS晶體管LP1、LN1由開關(guān)控制信號S1C對進(jìn)行“通-斷”控制。另外，MOS晶體管LP2、LN2串聯(lián)連接在第1電源線VLC-1和第2電源線VLC-2之間。MOS晶體管LP2、LN2由開關(guān)控制信號S2C進(jìn)行“通-斷”控制。
MOS晶體管HP1～HPM串聯(lián)連接在第2電源線VLC-2和第(M+2)的輸出電源線VLO-(M+2)之間。MOS晶體管HP1的漏極端子與第2電源線VLC-2連接。MOS晶體管HPM的源極端子與第(M+2)的輸出電源線VLO-(M+2)連接。由開關(guān)控制信號S3C～S(M+2)C對MOS晶體管HP1～HPM進(jìn)行“通-斷”控制。
第1輸出電源線VLO-1與MOS晶體管LN2的漏極端子和MOS晶體管LP2的漏極端子連接。第2輸出電源線VLO-2與MOS晶體管LN1的漏極端子和MOS晶體管LP1的漏極端子連接。
當(dāng)M為奇數(shù)時，在第2輸出電源線VLO-2與MOS晶體管HPq(1≤q≤M，q為偶數(shù))之間分別連接快速電容器。這樣，(M-1)/兩個快速電容器連接在第2輸出電源線VLO-2。另外，在第1輸出電源線VLO-1與MOS晶體管HPt(2≤t≤M，t為奇數(shù))之間分別連接快速電容器。因此，(M-1)/兩個快速電容器連接第1輸出電源線VLO-1。
另一方面，當(dāng)M為偶數(shù)時，在第2輸出電源線VLO-2與MOS晶體管HPq(1≤q≤M，q為偶數(shù))之間分別連接快速電容器。因此，M/2個快速電容器連接在第2輸出電源線VLO-2。另外，在第1輸出電源線VLO-1與MOS晶體管HPt(2≤t≤M，t為奇數(shù))之間分別連接快速電容器。因此，(M/2-1)個快速電容器由第1輸出電源線VLO-1連接。
圖11，給出了當(dāng)N為5時(5倍升壓時)的構(gòu)成例。另外，為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓Vout的穩(wěn)定化，在輸出輸出電壓Vout的第七輸出電源線VLO-7和第一電源線VLC-1之間連接電容器C5。
另外，與圖6相同，在圖11中用“通”或“斷”表示每個MOS晶體管在第一和第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)。左側(cè)表示在第一期間的導(dǎo)通狀態(tài)，右側(cè)表示在第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)。
另外圖11中，給出了在第一和第二期間施加在每個快速電容器兩端的電壓。左側(cè)給出了在第一期間施加的電壓，右側(cè)給出了在第二期間施加的電壓。
圖12給出了比較例的電荷泵電路工作原理的示意圖。這樣，通過重復(fù)第1期間和第2期間的電荷泵方式，將第1電源線VLC-1和第2電源線VLC-2之間的電壓升壓到N倍的升壓電壓作為輸出電壓Vout輸出到第(M+2)輸出電源線VLO-(M+2)(在圖12為第7輸出電源線VLO-7)。
比較例的電荷泵電路300的輸出阻抗可以通過如下方法簡單求出。
圖13A、圖13B給出了比較例的電荷泵電路300的等效電路。圖13A給出了在第1期間的電荷泵電路300的等效電路。圖13B給出了在第2期間的電荷泵電路300的等效電路。在此，各等效電路中的電阻元件為MOS晶體管的導(dǎo)通電阻。另外，等效電路中的電源給出了在第1電源線VL-1和第2電源線VL-2之間施加電壓V。
下面，利用各等效電路，將電荷泵電路300的電荷泵動作分為5個狀態(tài)。并且，求出各狀態(tài)的阻抗。
圖14A，圖14B，圖14C，圖14D，圖14E給出了電荷泵電路300的電荷泵5個工作狀態(tài)的等效電路。
也就是圖14A是MIOS晶體管HP1、LN1為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖14B是MOS晶體管HP2、LN2為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖14C是MOS晶體管HP3、LN1為導(dǎo)通狀態(tài)時的等效電路。圖14D是MOS晶體管HP4、LN2為開狀態(tài)的等效電路。圖14E是MOS晶體管HP5、LP2為開狀態(tài)的等效電路。
下面，設(shè)各MOS晶體管導(dǎo)通電阻的電阻值為r。且，根據(jù)圖14A、圖14B、圖14C、圖14D、圖14E的各狀態(tài)，將阻抗分為DC部分和AC部分。
圖14A、圖14E的各狀態(tài)的阻抗DC部分為2r。圖14B、圖14C、圖14D的各狀態(tài)的阻抗DC部分為3r。
另外，可用上述同樣的方法求出阻抗的AC成分。即，通過從圖14A給出的狀態(tài)向圖14B給出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，阻抗的AC部分變?yōu)?/(C1·f)。通過從圖14B給出的狀態(tài)向圖14C給出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，阻抗的AC部分變?yōu)?/(C2·f)。通過從圖14C給出的狀態(tài)向圖14D給出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，阻抗的AC部分成為1/(C3·f)。通過從圖14D給出的狀態(tài)向圖14E給出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，阻抗的AC部分成為1/(C4·f)。
這里，設(shè)各快速電容器的電容值為c。輸出阻抗Zc是阻抗的DC部分與AC部分之和，因此，可由下式(4)表達(dá)。另外，雖然由于與第7輸出電源線VLO-7連接的負(fù)載，會產(chǎn)生對電容器C5的AC成分，但將電容器C5作為外置電容設(shè)置，電容值比其他的快速電容C1～C4大很多，因此，作為阻抗，快速電容器C1～C4起主要作用，可以忽略電容器C5產(chǎn)生的AC成分。
Zc＝(2×2r+3×3r)+4×1/(c·f)＝13r+4/(c·f)…(4)還有，當(dāng)M倍升壓時，輸出阻抗的一般表達(dá)式可由下式(3)給出。
Zc＝(2×2r+(M-2)×3r)+(M-1)/(c·f)＝(3M-2)r+(M-1)/(c·f)…(5)1.5和比較例的對比將圖6給出的本實(shí)施例的電荷泵電路200的構(gòu)成與圖11給出的比較例的電荷泵電路300的構(gòu)成加以比較。兩電路盡管同樣實(shí)現(xiàn)5倍升壓，但在電荷泵電路200中增加了電容器和開關(guān)元件的數(shù)目。
另外，將圖6給出的本實(shí)施例的電荷泵電路200的輸出阻抗Z和圖11給出的比較例的電荷泵電路300的輸出阻抗Zc加以對比。根據(jù)式(2)及式(4)，輸出阻抗Zc比輸出阻抗Z小。
如上所述，通常認(rèn)為采用比較例的電荷泵電路300要比采用第一實(shí)施例的電荷泵電路200更有利。
然而，當(dāng)將構(gòu)成電荷泵電路的電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置內(nèi)時，通過第一實(shí)施例的電荷泵電路200，能用低耐壓的制造工藝制造全部的升壓電容器及穩(wěn)壓用電容器。與此相反，比較例的電荷泵電路300則需要用高耐壓的制作工藝制造MOS晶體管HP1～HP5、快速電容器C2～C4。
這里，所謂的低耐壓是指由第一和第二電源線VLC-1、VLC-2(VL-1、VL-2)之間的電壓V(如1.8伏～3.3伏)決定的設(shè)計(jì)規(guī)則上的耐壓。而所謂高耐壓，是指如對應(yīng)于10伏～20伏的高電壓的設(shè)計(jì)規(guī)則上的耐壓。
在半導(dǎo)體裝置內(nèi)制作的電容器兩電極間的膜厚，因采用低耐壓的制作工藝還是采用高耐壓的制作工藝的不同而變化。在采用低耐壓的制作工藝制作的電容器中，可使其兩電極間的膜厚更薄，單位面積的電容值加大。即，當(dāng)同樣獲得某一電容值時，低耐壓的制作工藝的電容器的面積比高耐壓的制作工藝的電容器的面積小。另外，若考慮內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置內(nèi)的情況，能減小因電容器數(shù)量的增加而帶來的影響。
所以，耗費(fèi)相同的面積將電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置內(nèi)時，與比較例的電荷泵電路300相比，優(yōu)選采用第一實(shí)施例的電荷泵電路200。
并且，將根據(jù)第一實(shí)施例的電荷泵電路200的電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
第一，由于可以采用低耐壓制造工藝制造作為開關(guān)元件的MOS晶體管，因此，可以降低MOS晶體管柵極電容的充放電電流。與實(shí)現(xiàn)相同導(dǎo)通電阻的高耐壓的MOS晶體管相比，可使低耐壓的MOS晶體管的溝道寬度變窄，如圖6所示，充放電電壓為低電壓。而在圖11中，充放電電壓為V～5·V，5·V是高電壓。因此，采用低耐壓的MOS晶體管可使柵極膜厚變薄，即使考慮柵極電容變大的影響，也能降低柵極電容的充放電電流。
第二，關(guān)于第一實(shí)施例的電荷泵電路200和比較例的電荷泵電路300，要在半導(dǎo)體裝置內(nèi)耗費(fèi)同樣的面積制作電容器(成本相同)，同時獲得相同的輸出阻抗(能力相同)時，本實(shí)施例的電荷泵電路200與比較例的電荷泵電路300相比可以降低伴隨切換帶來的消耗電流。
就這一點(diǎn)進(jìn)行說明。由于向電荷泵電路的電容器充電需要充足的時間，所以，時間常數(shù)C·r可以比1/2f(充放電頻率)更小。這里，例如設(shè)時間常數(shù)C·r為開關(guān)控制信號脈沖的十分之一。另外，設(shè)電荷泵電路200和電荷泵電路300的電容器的容量值相同，MOS晶體管的導(dǎo)通電阻的電阻值相同。
C·r＝1/(20·f)…(6)所以，將(6)式代入(2)式、(4)式，得下式(7)、式(8)。
Z＝13/(20·Ca·fa)+4/(Ca·fa)…(7)Zc＝16/(20·Cb·fb)+7/(Cb·fb)…(8)根據(jù)(7)式及(8)式，Ca是電荷泵電路300的每一個電容器的容量值，Cb是電荷泵電路200的每一個電容器的容量值。另外，fa是電荷泵電路300的各電容器的充放電的頻率，fb是電荷泵電路200的各電容器的充放電的頻率。
為了使電荷泵電路200的輸出阻抗Z和電荷泵電路300的輸出阻抗Zc相同，由(7)式及(8)式，Z＝Zc。由此，得下式(9)。
Cb·fb＝(7.8/4.65)·Ca·fa＝1.68·Ca·fa…(9)設(shè)低耐壓的制造工藝的電容器CLV的絕緣氧化膜的厚度為10納米(nm)，例如，設(shè)16伏的高耐壓制造工藝制造電容器CHV時的絕緣氧化膜的厚度為55nm。此時，單位面積的電容比由下式(10)給出。
CLV＝5.5·CHV…(10)在圖11給出的電荷泵電路300，只有快速電容器(電容器)C1為低耐壓，快速電容器C2～C4需要高耐壓。所以，為了使全部的電容器的容量值相同，設(shè)整體面積為S，則，低耐壓電容器的面積0.057·S…(11)一個耐高壓電容器的面積0.314·S…(12)另一方面，在圖6給出的電荷泵電路200，升壓電容器及穩(wěn)壓用電容器全部共8個都可以是低耐壓，所以，設(shè)整體面積為S，則，低耐壓電容器的面積0.125·S…(13)所以，要想將電荷泵電路300的一個電容器的容量值Ca與電荷泵電路200的一個電容器的平均容量值Cb的合計(jì)用同一面積實(shí)現(xiàn)，下面的關(guān)系式成立。
Cb＝(0.125/0.057)·Ca＝2.19·Ca…(14)將(14)式代入(9)式，fb和fa的關(guān)系如(15)式。
fb＝0.77·fa…(15)(15)式表示本實(shí)施例的電荷泵電路200的充放電的頻率fb是比較例的電荷泵電路300充放電的頻率fa的0.77倍。因此，根據(jù)本實(shí)施例可以降低充放電頻率。即，可以降低伴隨開關(guān)控制信號的頻率下降引起的開關(guān)元件切換的消耗電流。
另外，內(nèi)置第一實(shí)施實(shí)施例的電荷泵電路200的電容器的第三優(yōu)點(diǎn)如下。
即，關(guān)于本實(shí)施例的電荷泵電路200和比較例的電荷泵電路300，要在半導(dǎo)體裝置內(nèi)耗費(fèi)同樣的面積制作電容器(成本相同)，獲得同樣的輸出阻抗(能力相同)時，利用本實(shí)施例的電荷泵電路200，與比較例的電荷泵電路300相比，可以降低電容器寄生電容的充放電電流。
圖15給出了內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置內(nèi)的電容器的寄生電容的示意圖。將電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置時，在構(gòu)成半導(dǎo)體的如p型硅基板(廣義為半導(dǎo)體基板)400上形成n勢阱區(qū)域(廣義為雜質(zhì)區(qū)域)410。并且，在n勢阱區(qū)域410上形成絕緣氧化膜(廣義為絕緣層)420。并且，在絕緣氧化層420上形成多晶硅膜(廣義為導(dǎo)電層)430。
電容器是利用絕緣氧化膜420，形成于n勢阱區(qū)域410和多晶硅膜430之間。并且，p型硅基板400與n勢阱區(qū)域410的結(jié)電容成為寄生電容。
在比較例的電荷泵電路300，如圖11所示，作為快速電容器的全部電容器C1～C4的全部進(jìn)行電壓為ΔV的充放電。在圖11，用Cx1～Cx4表示電容器C1～C4的寄生電容。若設(shè)單位面積的寄生電容為Ci，則寄生電容的充放電電流Ia可以用下式表達(dá)。
Ia＝Ci·S·V·fa…(16)另一方面，在本實(shí)施例的電荷泵電路200中，不重復(fù)進(jìn)行穩(wěn)壓用電容器的充放電，只有電荷泵電容器被反復(fù)充放電。所以，8個電容器中的一半的4個電容器的寄生電容產(chǎn)生充放電電流。在圖5，用Cy1～Cy4表示第1～第四升壓電容器Cu1～Cu4的寄生電容。第1～第四升壓電容器Cu1～Cu4的寄生電容Cy1～Cy4的充放電電流Ib可用下式表達(dá)。
Ib＝Ci·(S/2)·V·fb…(17)由(16)式及(17)式，求得Ia和Ib的關(guān)系，代入(15)式，得到下式。
Ib＝Ia/2×0.77＝0.38Ia…(18)(18)式表示本實(shí)施例的電荷泵電路200的電容器寄生電容的充放電電流Ib，是比較例的電荷泵電路300的電容器寄生電容的充放電電流Ia的0.38倍。所以，按照本實(shí)施例，能大幅削減電容器寄生電容的充放電電流。
綜上，與比較例的電荷泵電路300對比時，可通過將構(gòu)成本實(shí)施例的電容器內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置內(nèi)，能大幅削減如上所述的損耗電流。
1.6構(gòu)成例如以上，在第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置10中，用圖2～圖10A、圖10B、圖10C、圖10D說明第一電路20的構(gòu)成，與內(nèi)置比較例的電荷泵電路對比，可不用降低能力就可以減少消耗電流。
另一方面，第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置10中，第二電路30只包括圖11～圖14中說明的比較例的電荷泵電路開關(guān)元件。而且，該比較例中的電荷泵電路電容器，在半導(dǎo)體裝置10的外部連接。這樣，對比第一實(shí)施例的電荷泵電路，開關(guān)元件的個數(shù)可以減少，可以削減電路面積。而且，N為2的時候(2倍升壓)，可以使外置電容器的個數(shù)變?yōu)樽钌佟?br> 圖16中，表示第一實(shí)施例半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成例。但是，和圖1所示的半導(dǎo)體裝置10和同一部分上附加同一符號，省略相應(yīng)的說明。另外圖16中，表示M為3，N為2時的構(gòu)成例。
圖16中，半導(dǎo)體裝置10包括第三～第五的端子T3～T5。第二電路30包括作為串聯(lián)連接在第一電源線VL-1和升壓電源線VLU之間的第一及第2輸出用開關(guān)元件的高耐壓MOS晶體管HN1、HP1和作為串聯(lián)連接在升壓電源線VLU和輸出電源線VLO之間的第三及第四輸出用開關(guān)元件的高耐壓MOS晶體管HP2、HP3。
而且，第二端子T2，連接在輸出電源線VLO。第三的端子T3電氣連接在接有作為第一及第2輸出用開關(guān)元件的MOS晶體管HN1、HP1的連接節(jié)點(diǎn)NDC-1。第四端子T4，電氣連接在接有作為第二及第三輸出用開關(guān)元件的MOS晶體管HP1、DP2的連接節(jié)點(diǎn)NDC-2。第五端子T5電氣連接在接有作為第三及第四輸出用開關(guān)元件的MOS晶體管HP2、HP3的連接節(jié)點(diǎn)NDC-3上。
另外，如圖16所示，第一及第四端子T1、T4之間將電容器C0、第三及第五端子T3、T5之間將電容器C1，第一及第二端子T1、T2之間將電容器C2，分別連接在半導(dǎo)體裝置10的外部。這樣，根據(jù)第二電路30和電容器C0～C2，在如圖11所示的比較例的電荷泵電路300中形成M為2時的電路構(gòu)成。因此，輸出電源線VLO中提供將第一電源線VL-1和升壓電源線VLU之間電壓升壓到2倍的電壓Vout。
作為開關(guān)元件，對MOS晶體管進(jìn)行開關(guān)控制的開關(guān)控制信號S0～S6、S0C～S4C，變?yōu)槿鐖D17所示的時序。另外，作為MOS晶體管Tr1和MOS晶體管Tr2開關(guān)控制信號S1、S2采用開關(guān)控制信號S0，作為MOS晶體管HN1、HP2開關(guān)控制信號S1C、S2C則采用開關(guān)控制信號S0C。
另外，圖16中，不同MOS晶體管，將第一及第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)，用“通”或“斷”來表示。在左側(cè)表示第一期間的導(dǎo)通狀態(tài)，右側(cè)表示第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)。
另外圖16中表示，每個升壓用電容器，穩(wěn)壓用電容器及外置的電容器C0～C2電容器上，在第一及第二期間，在各電容器的兩端附加的電壓。左側(cè)表示第一期間附加的電壓，右側(cè)表示第二期間附加的電壓。
2.第二實(shí)施例第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，為與圖1所示的半導(dǎo)體裝置10同樣的構(gòu)成。但是，第2實(shí)施例中，在圖1所示的構(gòu)成半導(dǎo)體裝置中的第一電路包括，運(yùn)用第一實(shí)施例中的電荷泵電路的2個電荷泵電路。
圖18給出了第2實(shí)施例的第一電路的組成概要。
第二實(shí)施例的第一電路450，采用第1～第(M+1)(M為3以上的整數(shù))電源線VL-1～VL-(M+1)進(jìn)行電荷泵動作。第一電路450包括，第一及第二電荷泵電路460、470。第一及第二電荷泵電路460、470中，分別適用如圖2所示的電荷泵電路。另外，圖18中表示M為5(5倍升壓時)的構(gòu)成。
圖19中，表示圖18中所示的第一電路450的工作原理說明圖。
第一電荷泵電路460包括第一組的第1～第(M-1)升壓用電容器CuI1-A～Cu(M-1)-A，其第j1(1≤j1≤M-1，j1為整數(shù))的升壓用電容器Cuj1在第一期間連接在第J1電源線VL-j1和第(j1+1)電源線VL-(j1+1)之間的同時，在經(jīng)過第一期間后的第二期間連接在第(j1+1)電源線VL-(j1+1)和第(j1+2)電源線VL-(j1+2)之間。
第二電荷泵電路470包括第二組的第1～第(M-1)升壓用電容器Cu1-B～Cu(M-1)-B，其第j2(1≤j2≤M-1，j2為整數(shù))的升壓用電容器Cuj2在第二期間連接在第j2電源線VL-j2和第(j2+1)電源線VL-(j2+1)之間的同時，在第一期間連接在第(j2+1)電源線VL-(j2+1)和第(j2+2)電源線VL-(j2+2)之間。
另外在第一及第二電荷泵電路460、470中共用第1～第(M+1)電源線VL-1～VL-(M+1)的各電源線。
這樣，第一及第二電荷泵電路460、470，以相互不同的位相，將第一及第二電源線VL-1，VL-2之間電壓升壓到Mm的電壓輸出到第一及第(M+1)電源線VL-I，VL-(M+1)之間。
因此，第一電路450，在第一期間中，將由第一電荷泵電路460升壓的電壓輸出到第(M+1)電源線VL-(M+1)，在第二期間中，將由第二電荷泵電路470升壓的電壓輸出到第(M+1)電源線VL-(M+1)。因此，第一及第二期間相互重復(fù)時，可以避免第(M+1)電源線VL-(M+1)上連接負(fù)載引起的電壓下降。
而且，另外，一個電荷泵電路的非輸出期間可以作為其他的電荷泵電路的輸出期間，所以在第一及第二電荷泵電路460，470的各電荷泵電路中，可以采用省略了如圖2所示的穩(wěn)壓用電容器的構(gòu)成。
另外，為了各電源線電壓的穩(wěn)定化，所以如圖20所示，也可以包括第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器，第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器的第k(1≤k≤M-2，k為整數(shù))穩(wěn)壓用電容器Csk，連接在第(k+1)電源線VL-(k+1)和第(k+2)電源線VL-(k+2)之間。還有，可以包括在第M電源線VL-M和第(M+1)電源線VL-(M+1)之間連接的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(M-1)。
圖20是以M為5時的情況為例的構(gòu)成。因此，第一穩(wěn)壓用電容器Cs1連接在第二電源線VL-2和第三電源線VL-3之間。第2穩(wěn)壓用電容器Cs2連接在第三電源線VL-3和第四電源線VL-4之間。第三穩(wěn)壓用電容器Cs3連接在第二電源線VL-4和第五電源線VL-5之間。而且，作為第(M-1)穩(wěn)壓用電容器Cs(MI-1)，第四穩(wěn)壓用電容器Cs4連接在第五電源線VL-5和第六電源線VL6之間。
另外圖18～圖20中，在第一及第(M+1)的電源線VL-1、VL-(M+1)之間，連接了穩(wěn)壓用的大容量電容器C0。
另外圖18～圖20中，表示5倍升壓時的構(gòu)成，但不是限于此，也同樣適用于M倍升壓時的構(gòu)成。
這樣第一及第二電荷泵電路460、470中，通過運(yùn)用進(jìn)行圖2表示的電荷泵動作的電荷泵電路，在將第一電路450內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置中時，可以實(shí)現(xiàn)降低消耗電流，削減成本，及輸出電壓的穩(wěn)定化的目標(biāo)。
另外第一及第二電荷泵電路460、470的各電荷泵電路中，可以適用如圖3所示的電荷泵電路。
此時，圖18中，當(dāng)M為5時，第一電荷泵電路460根據(jù)基于開關(guān)控制信號S0A～S10A的開關(guān)控制信號的電荷泵動作，將第一及第二電源線VL-1、VL-2間的電壓升壓得到的電壓輸出到第六電源線VL-6中。第二電荷泵電路470，通過基于開關(guān)控制信號S0B～S10B的開關(guān)控制信號的電荷泵方式，將第一電源線VL-1和第二電源線VL-2之間的電壓升壓輸出到第六電源線VL-6。
開關(guān)控制信號S0B～S10B是通過反轉(zhuǎn)電路480，分別將開關(guān)控制信號S0A～S10A各自反轉(zhuǎn)的信號。因此，第一及第二電荷泵電路460、470，以各自相互不同的位相進(jìn)行電荷泵動作，將升壓電壓輸出到第六電源線VL-6上。
圖21中表示第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置構(gòu)成例。但是，在圖21中，與圖3、圖16、圖17及圖18中表示的構(gòu)成要素相同部分附加相同符號，省略相應(yīng)的說明。另外，第一電荷泵電路460的構(gòu)成要素符號末尾附加了A，第二電荷泵電路470的構(gòu)成要素符號末尾附加了B。
第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置500，和圖1上所示的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置10同樣，包括第一及第二電路510、30。在圖21的第二電路30和第一實(shí)施例的第二電路30為同樣的構(gòu)成。
第一電路510，采用第1～第(M+1)(M為3以上的整數(shù))電源線進(jìn)行電荷泵動作。第(M+I)電源線連接在圖1的升壓電源線上。第一電路510包括第一及第2的電荷泵電路460、470。
第一電荷泵電路460包括第一組的第1～第2M開關(guān)元件，其第一開關(guān)元件的一端連接在第一電源線上，第2M開關(guān)元件的一端連接在第(M+1)電源線上，除了第一及第2M開關(guān)元件的其余開關(guān)元件串聯(lián)連接在第一開關(guān)元件的其他端和第2M開關(guān)元件的其他端之間、及第一組的第1～第(M-1)升壓用電容器，各升壓用電容器的一端連接在接有第j1(1≤j1≤2M-3，j1為奇數(shù))及第(j1+1)開關(guān)元件的第j1連接節(jié)點(diǎn)上，該升壓用電容器的其他端，連接在接有第(j1+2)及第(j1+3)開關(guān)元件的第(j1+2)連接節(jié)點(diǎn)上。
而且，第一電荷泵電路460中，第一組的第r1(1≤r1≤2M-1，r1為整數(shù))開關(guān)元件和第一組的第(r1+1)開關(guān)元件互斥地被開關(guān)控制成導(dǎo)通。
第二電荷泵電路470包括第二組的第1～第2M開關(guān)元件，其第一開關(guān)元件的一端連接在第一電源線，第2M開關(guān)元件的一端連接在第(m+1)電源線，除了第一及第2M開關(guān)元件的其余開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述第一開關(guān)元件的其他端和所述第2M開關(guān)元件的其他端之間；及第二組的第1～第(M-1)升壓用電容器，其各升壓用電容器的一端連接在接有第j2(1≤j2≤2M-3，j2為奇數(shù))及第(j2+1)開關(guān)元件的第j2連接節(jié)點(diǎn)上，該升壓用電容器的其他端連接在接有第(j2+2)及第(j2+3)開關(guān)元件的第(j2+2)連接節(jié)點(diǎn)上。
而且，第二電荷泵電路470中，第二組的第r2(1≤r2≤2M-1，r2為整數(shù))開關(guān)元件和第二組的第(r2+1)開關(guān)元件互斥地被開關(guān)控制成導(dǎo)通。
在第一期間中，將第一電荷泵電路460的第一組的第一開關(guān)元件(1≤r≤2M，r為整數(shù))開關(guān)控制導(dǎo)通狀態(tài)的同時，第二電荷泵電路470的第二組的第一開關(guān)元件開關(guān)控制為斷開狀態(tài)。
在第一期間經(jīng)過后的第二期間，將第一電荷泵電路460的第一組的第r開關(guān)元件開關(guān)控制成為斷開狀態(tài)的同時，第二電荷泵電路470的第二組的第二開關(guān)元件開關(guān)控制為成導(dǎo)通狀態(tài)。
半導(dǎo)體裝置500中，第1～第(M+1)電源線的各電源線，在第一及第二電荷泵電路460、470之間為共用。而且，半導(dǎo)體裝置500中，只外置用于穩(wěn)定升壓后的電壓的電容器。
圖21中，表示M為3時的構(gòu)成。而且，各電荷泵電路的各開關(guān)元件由MOS晶體管構(gòu)成。更具體而言，第一電荷泵電路460中，第一開關(guān)元件SW1A由n溝道型MOS晶體管Tr1A構(gòu)成。第2～第六開關(guān)元件SW2A～SW6A由p溝道型MOS晶體管Tr2A～Tr6A構(gòu)成。第二電荷泵電路440中，第一開關(guān)元件SW1B由n溝道型MOS晶體管Tr1B構(gòu)成。第2～第六開關(guān)元件SW2B～SW6B由p溝道型MOS晶體管Tr2B～Tr6B構(gòu)成。
因此，作為開關(guān)元件進(jìn)行MOS晶體管開關(guān)控制的開關(guān)制御信號S0A～S10A、S0B～S10B變成如圖22所示的時序。圖21中，省略了反轉(zhuǎn)電路480的圖示，但半導(dǎo)體裝置500內(nèi)包括反轉(zhuǎn)電路480。因此，開關(guān)控制信號S0A～S10A和開關(guān)控制信號S0B～S10B，相互相位反轉(zhuǎn)。
另外，在圖21中，對每個MOS晶體管，用“開”或“關(guān)”表示其第一及第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)。左側(cè)表示第一期間的導(dǎo)通狀態(tài)，右側(cè)表示第二期間的導(dǎo)通狀態(tài)。
另外圖21中，表示各電容器上，在第一及第二期間，該升壓用電容器的兩端附加的電壓。左側(cè)表示在第一期間附加的電壓，右側(cè)表示在第二期間附加的電壓。
第一電路510的動作與上述同樣。因此，省略其說明。
另外，在圖21中，為了各電源線電壓的穩(wěn)定化，也可以在各電源線間設(shè)置穩(wěn)壓用電容器。
在圖23中，給出了第2實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置之外的構(gòu)成例。圖23中，和圖21相同部分上附加同一符號，省略其說明。
圖23的半導(dǎo)體裝置，對比圖21所示的半導(dǎo)體裝置，還具有連接穩(wěn)壓用電容器的構(gòu)成。更具體地說，圖23中，第一電路510包括第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器，各穩(wěn)壓用電容器的一端連接在接有第k(2≤k≤2M-4，k為偶數(shù))及第(k+1)開關(guān)元件的第k連接節(jié)點(diǎn)上，該穩(wěn)壓用電容器的其他端，連接在接有第(k+2)及第(k+3)開關(guān)元件的第(k+2)連接節(jié)點(diǎn)上。
圖23中，表示M為3時的構(gòu)成。也就是，第一穩(wěn)壓用電容器Cs1，連接在第二及第三電源線VL-2、VL-3之間。
另外，還可以包括第M電源線和第(M+1)電源線之間連接的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器。也就是，在M為3時的圖23半導(dǎo)體裝置500中，在第三及第四電源線VL-3、VL-4之間，還可以連接第2穩(wěn)壓用電容器Cs2。
3.電壓調(diào)整第一及第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，如以下所示，可通過調(diào)整第一及第二電源線之間電壓，調(diào)整由第一及第二電路升壓的電壓。
圖24給出了內(nèi)置輸出將升壓電路的升壓電壓經(jīng)調(diào)整后的電壓的電源電路的半導(dǎo)體裝置的第一組成例的概要。與圖1給出的半導(dǎo)體裝置10相同的部分標(biāo)上相同標(biāo)記，省略其說明。
圖24所示的半導(dǎo)體裝置550包括電源電路600。電源電路600包括升壓電路608，可以輸出調(diào)整升壓電路608升壓電壓后的一個或多個電壓(V1、V2，...)。
升壓電路608包括第一實(shí)施例的第一及第二電路20、30，或第2實(shí)施例的第一及第二電路510、30。
半導(dǎo)體裝置550，和圖1所示的半導(dǎo)體裝置10同樣，具有第一及第二端子T1、T2。第一及第二端子T1、T2連接升壓電路608的第一及第六電源線VL-1和VL-6。而且，在半導(dǎo)體裝置550的外部，第一及第二端子T1、T2之間連接電容器C0(外置)。另外，也可以具備第三～第五的端子T3～T5，連接在第二電路連接的電容器。
而且，電源電路600，包括多值電壓生成電路605。多值電壓生成電路605，根據(jù)第一及第六電源線VL-1和VL-6(廣義上為第一及第(M+1)電源線)之間的電壓，生成多值電壓V1、V2、…。多值電壓生成電路605能用調(diào)節(jié)器調(diào)整第二電源線VL-2和第五電源線VL-5的各中間電壓，作為多值電壓V1、V2、…輸出。由多值電壓生成電路605生成的多值電壓可以用于如電光學(xué)裝置等的驅(qū)動。
也就是第六電源線VL-6中輸出的升壓電壓，原樣從電源電路600輸出。這可以通過設(shè)置例如圖23所示的第四穩(wěn)壓用電容器Cs4，來實(shí)現(xiàn)升壓電路608的輸出電壓Vout的穩(wěn)定。另外電源電路600包括電壓調(diào)整電路610和比較電路620。電壓調(diào)整電路610輸出調(diào)整高電位一側(cè)的系統(tǒng)電源電壓VDD和低電電位側(cè)接地電源電壓VSS之間電壓的調(diào)整電壓VREG。調(diào)整電壓VREG供給升壓電路608的第二電源線VL-2中。
比較電路620，與參照電壓Vref和基于升壓電路608升壓電壓的分壓電壓相比較，其比較結(jié)果輸出到電壓調(diào)整電路610上。更為具體講，比較電路620，將第一及第六電源線VL-1、VL-6(廣義上第一及第(M+1)電源線)之間電壓分壓后的分壓電壓和參考電壓Vref相比較，輸出對應(yīng)其比較結(jié)果的比較結(jié)果信號。而且，電壓調(diào)整電路610，根據(jù)比較電路620的比較結(jié)果信號，輸出將調(diào)整高電位側(cè)的系統(tǒng)電源電壓VDD和低電位側(cè)接地電源電壓VSS之間電壓的調(diào)整后的調(diào)整電壓VREG。
圖25中表示電壓調(diào)整電路610的構(gòu)成例。電壓調(diào)整電路610包括，分壓電路612和電壓跟隨器連接的運(yùn)算放大器614以及開關(guān)電路616。
分壓電路612，包括在系統(tǒng)電源電壓VDD和接地電源電壓VSS之間連接的電阻元件，輸出系統(tǒng)電源電壓VDD和接地電源電壓VSS之間的電壓的分壓電壓的任意一個。
運(yùn)算放大器614在系統(tǒng)電源電壓VDD和接地電源電壓VSS之間連接。運(yùn)算放大器614在輸出調(diào)整電壓VREG的同時，運(yùn)算放大器614的輸出被負(fù)反饋。
開關(guān)電路616和分壓電路612的分壓點(diǎn)，運(yùn)算增幅器614的輸入相連結(jié)。開關(guān)電路616根據(jù)比較電路620的比較結(jié)果信號，將分壓電路612的多個分壓點(diǎn)的任意一個與運(yùn)算增幅器614的輸入相連接。
另外圖24及圖25中，根據(jù)分壓第1及第(MI+1)電源線之間電壓的分壓電壓和參考電壓的比較結(jié)果，進(jìn)行電壓調(diào)整，但不限于此，例如也可以根據(jù)參考電壓Vref和輸出電壓(Vout)的比較結(jié)果調(diào)整電壓。
圖26中表示，內(nèi)置調(diào)整升壓電路的升壓電壓后輸出電壓的電源電路的半導(dǎo)體裝置的第2構(gòu)成例的概要。但是，和圖1給出的半導(dǎo)體裝置10相同的部分標(biāo)上相同標(biāo)記，省略其說明。
圖26所示的半導(dǎo)體裝置700包括電源電路800。電源電路800和圖24所示的電源電路600同樣包括升壓電路608，可以輸出調(diào)整升壓電路608升壓電壓后的一個或多個電壓(V1，V2，…)。
另外電源電路800包括多值電壓生成電路605和比較電路620以及升壓時鐘生成電路(廣義上電壓調(diào)整電路)810。升壓時鐘生成電路810，根據(jù)其比較電路620的比較結(jié)果，進(jìn)行變更升壓時鐘(開關(guān)控制信號S1～S10)頻率的控制。更具體地說，升壓時鐘生成電路810，根據(jù)分壓第一及第六電源線VL-1、VL-6(廣義上說是第一及第(M+1)電源線)之間電壓的分壓電壓和參考電壓Vref的比較結(jié)果，改變開關(guān)控制信號的頻率，以便進(jìn)行作為升壓電路608內(nèi)第1～第10開關(guān)元件的MOS晶體管(廣義上是第1～第2M開關(guān)元件)的開關(guān)控制。
例如，通過提高開關(guān)控制信號的頻率，將輸出電壓Vout調(diào)整變高。另外通過降低開關(guān)控制信號的頻率，將輸出電壓Vout調(diào)整變低。
4.在顯示裝置上的應(yīng)用下面，就將包括上述升壓電路的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示裝置的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖27給出了包括上述升壓電路的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于顯示裝置的應(yīng)用例。在圖27中，給出了作為顯示裝置的液晶顯示裝置的組成例。
液晶顯示裝置900包括半導(dǎo)體裝置910、Y驅(qū)動器(廣義為掃描驅(qū)動器)920和液晶顯示屏(廣義為電光學(xué)裝置)930。
在液晶顯示屏930的面板基板上，可以形成半導(dǎo)體裝置910和Y驅(qū)動器920中的至少一個。另外，可以將Y驅(qū)動器920內(nèi)置于半導(dǎo)體裝置910。
液晶顯示屏930包括多條掃描線、多條數(shù)據(jù)線和多個像素。各像素對應(yīng)于掃描線和數(shù)據(jù)線的交叉位置配置。通過Y驅(qū)動器920對掃描線進(jìn)行掃描。通過半導(dǎo)體裝置910對數(shù)據(jù)線進(jìn)行驅(qū)動。即半導(dǎo)體裝置910適用于數(shù)據(jù)驅(qū)動器。
半導(dǎo)體裝置910可以采用圖24給出的半導(dǎo)體裝置550或圖26給出的半導(dǎo)體裝置700。此時，半導(dǎo)體裝置910包括驅(qū)動部分912。
驅(qū)動部分912利用第一電源線和第(M+1)電源線之間的電壓驅(qū)動液晶顯示屏(電子光學(xué)裝置)930。更具體地說，由電源電路(電源電路600或電源電路800)生成的多值電壓被供給給驅(qū)動部分912。并且，驅(qū)動部分912從多值電壓中選擇對應(yīng)于顯示數(shù)據(jù)的電壓，向液晶顯示屏930的數(shù)據(jù)線輸出該電壓。
另外，在Y驅(qū)動器920中需要高電壓的場合較多，半導(dǎo)體裝置910的電源電路，例如向Y驅(qū)動器920供給+15V、-15V等高電壓。并且，電源電路向驅(qū)動部分912供給如輸出電壓Vout、中間電壓(或調(diào)整該中間電壓的電壓)V1、V2、…等電壓。
具有這種組成的液晶顯示裝置的電子設(shè)備，可以是多媒體個人計(jì)算機(jī)(PC)、移動電話、文字處理機(jī)、電視、取景器或監(jiān)視直視型錄像機(jī)、電子記事本、筆記本電腦、汽車導(dǎo)航裝置、手表、鐘表、POS終端、具有觸摸屏的裝置、便攜式電子播叫器、微型播放機(jī)、IC卡、各種電子設(shè)備的遙控器以及各種計(jì)測設(shè)備等。
另外，液晶顯示屏930，就驅(qū)動方式而言，可以采用面板本身不使用切換元件的單純矩陣液晶顯示屏或穩(wěn)態(tài)驅(qū)動液晶顯示屏、采用以TFT為代表的三端子切換元件或以MIM為代表的二端子切換元件的有源矩陣液晶顯示屏，就電光學(xué)特性而言可以采用TN型、STN型、賓主型、相變型、鐵電型等各種類型的液晶屏。
就作為液晶顯示屏采用LCD顯示板的情況進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，例如可以采用電發(fā)光顯示器、等離子體顯示器、FED(Field Emission Display，場致發(fā)射顯示器)等各種顯示裝置。
還有，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施例，在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種改變。
另外，根據(jù)圖2、圖3、圖6、圖16、圖18、圖21、圖23、圖24～圖27，如在開關(guān)元件之間或電容器之間加入附加元件的情況也包括在本發(fā)明的等同范圍。
另外，根據(jù)本發(fā)明中的從屬權(quán)利要求的技術(shù)方案，也可以省略從屬權(quán)利要求的組成要件的一部分。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)方案的主要部分也可以從屬于其他獨(dú)立權(quán)利要求。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖和優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。本發(fā)明的各種更改、變化和等同替換均由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，系將第一及第二電源線間的電壓M×N(M＞N，M、N為正整數(shù))倍升壓后，生成輸出電壓的半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括第一電路，其與所述第一及第二電源線和升壓電源線連接，在所述第一電源線和升壓電源線之間輸出通過電荷泵動作將所述第一及第二的電源線之間的電壓升壓到M倍得到的電壓；第二電路，與所述第一電源線、所述升壓電源線及輸出電源線連接，包括多個開關(guān)元件；第一端子，與所述第一電源線形成電連接；第二端子，與所述多個開關(guān)元件中的至少一個開關(guān)元件形成電連接；其中，所述第二電路通過采用了連接在半導(dǎo)體裝置外部的所述第一及第二端子間的電容器和由所述第二端子連接的所述開關(guān)元件的電荷泵的工作，在所述第一電源線和所述輸出電源線之間，輸出將所述第一電源線及所述升壓電源線之間的電壓升壓到N倍后的電壓。
2.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于N是2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，包括第三～第五端子，其特征在于所述第二電路包括在所述第一電源線和所述升壓電源線之間串聯(lián)連接的第一及第二輸出用開關(guān)元件；以及在所述升壓電源線和所述輸出電源線之間串聯(lián)連接的第三及第四輸出用開關(guān)元件；其中，所述第二端子連接在所述輸出電源線上，所述第三端子與連接有所述第一及第二輸出用開關(guān)元件的連接節(jié)點(diǎn)形成電連接；所述第四元件與連接有所述第二及第三輸出用開關(guān)元件的連接節(jié)點(diǎn)形成電連接；所述第五端子與連接有所述第三及第四輸出用開關(guān)元件的連接節(jié)點(diǎn)形成電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還包括第3～第(M+1)(M是大于等于3的整數(shù))的電源線；所述第一電路包括第1～第(M-1)升壓用電容器，其中第j(1≤j≤M-1，j為整數(shù))升壓用電容器在第一期間中被連接在第j電源線和第(j+1)電源線之間，在所述第一期間經(jīng)過后的第二期間，連接在第(j+1)電源線和第(j+2)的電源線之間；以及，第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器，其中第k(1≤k≤M-2，k為整數(shù))穩(wěn)壓電容器連接在第(k+1)電源線和第(k+2)的電源線之間，在所述第二期間中儲存從第k升壓電容器的各升壓用電容器釋放出的電荷；所述第(M+1)電源線，連接在所述升壓電源線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述第一電路還包括在第M電源線和第(M+1)的電源線之間連接的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器；所述第(M-1)穩(wěn)壓用電容器，在所述第二期間儲存從第(M-1)升壓用電容器釋放出的電荷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括第3～第(M+1)(M為大于等于3的整數(shù))電源線，其特征在于所述第一電路包括第1～第2M的開關(guān)元件，其第1開關(guān)元件的一端連接在第一電源線上，第2M開關(guān)元件的一端連接在第(M+1)的電源線上，除第1及第2M開關(guān)元件以外的剩余的開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述第1開關(guān)元件的另一端和所述第2M的開關(guān)元件的另一端之間，第1～第(M-1)的升壓用電容器，其各升壓用電容器的一端連接在接有第j(1≤j≤2M-3，j為奇數(shù))及第(j+1)的開關(guān)元件的第j連接節(jié)點(diǎn)上，該升壓用電容器的另一端連接在接有第(j+2)及第(j+3)的開關(guān)元件的第(j+2)的連接節(jié)點(diǎn)上，以及，第1～第(M-2)的穩(wěn)壓用電容器，其各穩(wěn)壓用電容器的一端連接在接有第k(2≤k≤2M-4，k為偶數(shù))及第(k+1)的開關(guān)元件的第k連接節(jié)點(diǎn)上，該穩(wěn)壓用電容器的另一端，連接在接有第(k+2)及第(k+3)的開關(guān)元件的第(k+2)連接節(jié)點(diǎn)上，所述第(M+1)電源線與所述升壓電源線連接，第r(1≤r≤2M-1，r為整數(shù))開關(guān)元件和第(r+1)的開關(guān)元件互斥地被開關(guān)控制成導(dǎo)通，在所述第1及第(M+1)電源線之間，輸出將第一及第二電源線之間的電壓升壓到M倍的電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一電路還包括連接在第M電源線和第(M+1)電源線之間的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器，所述第(M-1)穩(wěn)壓用電容器，在所述第二期間中儲存從第(M-1)升壓用電容器釋放出的電荷。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，對各升壓用電容器及各穩(wěn)壓用電容器施加所述第一及第二電源線之間的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括第3～第(M+1)(M為大于等于3的整數(shù))電源線，其特征在于所述第一電路包括第一及第二電荷泵電路；所述第(M+1)電源線，與所述升壓電源線連接，所述第一電荷泵電路包括第一組的第1～第(M-1)升壓用電容器，其中第j1(1≤j1≤M-1，j1為整數(shù))升壓用電容器，在第一期間連接于第j1電源線和第(j1+1)電源線之間，在所述第一期間過后的第二期間連接在第(j1+1)電源線和第(j1+2)電源線之間；所述第二電荷泵電路包括第二組的第1～第(M-1)升壓用電容器，其第j2(1≤j2≤M-1，j2為整數(shù))的升壓用電容器，在所述第二期間連接于第j2電源線和第(j2+1)電源線之間，在所述第一期間連接在第(j2+1)電源線和第(j2+2)電源線之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置中，其特征在于所述第一電路包括第1～第(M-2)的穩(wěn)壓用電容器，其第k(1≤k≤M-2，k為整數(shù))穩(wěn)壓用電容器連接在第(k+1)電源線和第(k+2)電源線之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置中，其特征在于，所述第一電路還包括在第M電源線和第(M+1)電源線之間連接的第(M-1)的穩(wěn)壓用電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括第3～第(M+1)(M為大于等于3的整數(shù))電源線，其特征在于所述第一電路包括第一及第二電荷泵電路，所述第(M+1)電源線與所述升壓電源線連接，所述第一電荷泵電路包括第一組的第1～第2M開關(guān)元件，其第1開關(guān)元件的一端與第一電源線連接，第2M開關(guān)元件的一端與第(M+1)電源線連接，第1及第2M開關(guān)元件以外的其余的開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述第1開關(guān)元件的另一端和所述第2M開關(guān)元件的另一端之間，以及，第一組的第1～第(M-1)升壓用電容器，其各升壓用電容器的一端與連接有第j1(1≤j1≤2M-3，j1為奇數(shù))及第(j1+1)開關(guān)元件的第j1連接節(jié)點(diǎn)連接，該升壓用電容器的另一端，與連接有第(j1+2)及第(j1+3)開關(guān)元件的第(j1+2)連接節(jié)點(diǎn)連接；所述第一組的第r1(1≤r1≤2M-1，r1為整數(shù))開關(guān)元件和所述第一組的第(r1+1)開關(guān)元件被開關(guān)控制成互斥地導(dǎo)通狀態(tài)，所述第二電荷泵電路包括第二組的第1～第2M開關(guān)元件，其第1開關(guān)元件的一端連接在第一電源線上，第2M開關(guān)元件的一端連接在第(m+1)電源線上，第1及第2M開關(guān)元件以外的其余開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述第1開關(guān)元件的另一端和所述第2M開關(guān)元件的另一端之間；第二組的第1～第(M-1)升壓用電容器，其各升壓用電容器的一端，與連接有第j2(1≤J2≤2M-3，j2為奇數(shù))及第(j2+1)開關(guān)元件的第i2連接節(jié)點(diǎn)連接，該升壓用電容器的另一端，與連接有第(j2+2)及第(j2+3)開關(guān)元件的第(j2+2)連接節(jié)點(diǎn)連接；所述第二組的第r2(1≤r2≤2M-1，r2為整數(shù))的開關(guān)元件和所述第二組的第(r2+1)開關(guān)元件被開關(guān)控制成互斥地導(dǎo)通狀態(tài)，在第一期間中，所述第一組的第r開關(guān)元件(1≤r≤2M，r為整數(shù))被開關(guān)控制成導(dǎo)通開狀態(tài)的同時，所述第二組的第r開關(guān)元件被開關(guān)控制成關(guān)閉狀態(tài)，在所述第一期間過后的第二期間，所述第一組的第r開關(guān)元件被開關(guān)控制成關(guān)閉狀態(tài)的同時，所述第二組的第r開關(guān)元件被開關(guān)控制為導(dǎo)通狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述第一電路還包括第1～第(M-2)穩(wěn)壓用電容器，其各穩(wěn)壓用電容器的一端與連接有第k(2≤k≤2M-4，k為偶數(shù))及第(k+1)開關(guān)元件的第k連接節(jié)點(diǎn)連接，該穩(wěn)壓用電容器的另一端與連接有第(k+2)及第(k+3)開關(guān)元件的第(k+2)連接節(jié)點(diǎn)連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一電路進(jìn)一步包括連接在第M電源線和第(M+1)電源線之間的第(M-1)穩(wěn)壓用電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，對各升壓用電容器施加所述第一及第二電源線之間的電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括用于調(diào)整電壓的電壓調(diào)整電路，作為所述第一及第二電源線之間電壓提供經(jīng)所述電壓調(diào)整電路調(diào)整過的電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述電壓調(diào)整電路，根據(jù)參考電壓與所述第1及第(M+1)電源線之間電壓或分壓該電壓得到的分壓電壓的比較結(jié)果來調(diào)整電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括電壓調(diào)整電路，用于根據(jù)分壓所述第1及第(M+1)電源間的電壓得到的分壓電壓與參考電壓的比較結(jié)果，改變用于進(jìn)行所述第1～第2M開關(guān)元件的開關(guān)控制的開關(guān)控制信號的頻率。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括多值電壓生成電路，其根據(jù)所述第1及第(M+1)的電源線之間的電壓生成多值電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括驅(qū)動器部分，其根據(jù)所述多值電壓生成電路生成的多值電壓，驅(qū)動電子光學(xué)裝置。
21.一種顯示裝置，包括多條掃描線；多條數(shù)據(jù)線；多個像素；驅(qū)動所述多條掃描線的掃描驅(qū)動器；以及驅(qū)動所述多條數(shù)據(jù)線的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體裝置包括第一電路，所述第一電路與所述第一及第二電源線和升壓電源線連接，通過電荷泵工作，在所述第一電源線和升壓電源線之間輸出將所述第一及第二的電源線之間的電壓升壓到M(M是正整數(shù))倍得到的電壓；第二電路，與所述第一電源線、所述升壓電源線及輸出電源線連接，包括多個開關(guān)元件；第一端子，與所述第一電源線形成電連接；第二端子，與所述多個開關(guān)元件中的至少一個開關(guān)元件形成電連接；多值電壓生成電路，其基于所述第1及第(M+1)的電源線之間的電壓生成多值電壓，以及驅(qū)動器部分，基于由所述多值電壓生成電路生成的多值電壓，驅(qū)動電子光學(xué)裝置；其中，所述第二電路，通過采用了連接在半導(dǎo)體裝置外部的所述第一及第二端子間的電容器和由所述第二端子連接的所述開關(guān)元件的電荷泵的工作，在所述第一電源線和所述輸出電源線之間，將所述第一電源線及所述升壓電源線之間的電壓升壓到N((M＞N，N為正的整數(shù))倍，并將所述第一及第二電源線之間的電壓升壓到M×N倍后，生成輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及顯示裝置，第一電路(20)，連接在第一及第二電源線VL－1、VL－2和升壓電源線VLU上。將第一及第二電源線VL－1、VL－2之間的電壓升壓到M(M是正整數(shù))倍的電壓在第一電源線VL－1和升壓電源線VLU之間輸出。第二電路(30)連接在第一電源線VL－1、升壓電源線VLU及輸出電源線VLO上，且，包括多個開關(guān)元件。第二電路(30)通過采用了在半導(dǎo)體裝置外部設(shè)置的第一及第二端子T1、T2間連接的電容器C和第二端子T2上連接的開關(guān)元件的電荷泵的動作，在第一電源線VL－1和輸出電源線VLO之間輸出將由第一電路(20)生成的電壓升壓至N倍(M＞N，N是整數(shù))得到的電壓。
文檔編號G02F1/13GK1573897SQ20041004817
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者上條治雄 申請人:精工愛普生株式會社