CN100474444C

CN100474444C - 一种分级温度补偿刷新方法及其电路

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Publication number: CN100474444C
Application number: CNB2006100762797A
Authority: CN
Inventors: 徐凌松
Original assignee: Beijing Xinji Jiayi Microelectronic Science & Tech Co Ltd
Current assignee: Zhaoyi Innovation Technology Group Co ltd
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: CN1838315A

Abstract

本发明涉及一种分级温度补偿刷新电路，属于MOS晶体管集成电路设计领域。该方法包括：产生一与温度无关的参考电压；产生与温度成反比的工作电压；将参考电压和工作电压进行比较，产生各级温度的每一级控制的选择信息；根据与温度相对应的选择信号生成频率不同的刷新时钟。该电路包括：一带隙参考电压源，用于产生参考电压；一寄生三极管，用于产生工作电压；一分级控制器，用于将参考电压和工作电压进行比较，产生各级温度控制的选择信息；一可控时钟发生器，生成频率不同的刷新时钟。本发明可在不同温度下产生不同频率的刷新时钟，控制刷新时钟频率；同时该电路处于锁存待机状态时，无直流回路，大大降低了功耗。

Description

一种分级温度补偿刷新方法及其电路

技术领域

本发明属于MOS晶体管集成电路设计技术领域，特别涉及对存储单元进行补偿刷新的电路设计。

背景技术

使用CMOS工艺制造的动态存储器，利用电容作为存储单元存储电荷以达到存储信息的功能。由于电容所存储的电荷会因为漏电而损失，为了保证存储信息正确，需要对存储单元进行补偿刷新。存储单元漏电的速度决定了存储器需要刷新的频率。漏电速度越大，所需的刷新频率越高。

存储单元的漏电电流与温度成指数关系：Is＝Io EXP(-Eg/kT)，式中Is是漏电电流；Io是与半导体材料相关的常数；Eg是硅的能带；k是波尔兹曼常数；T是温度。因此温度越高，漏电电流就越大，所需的刷新频率就越高。

目前，一般存储单元采用温度补偿自刷新电路，其组成结构采用温度敏感振荡器和控制电路形成电流源，振荡器电路产生控制刷新振荡器电路的频率。温度敏感振荡器电路的输出信号时钟周期随着温度的升高而增加。温度敏感振荡器电路的输出信号控制控制电路，该控制电路是刷新振荡器电路和源节点的电流源。该电路温度敏感振荡器有直流回路，功耗较高。

另一种无温度补偿的整体刷新电路，存储单元的整体刷新频率要保持在较高的水平上，以保证器件在高温下能正常工作。而当器件工作温度较低时，同样的刷新频率则导致能量的浪费。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种分级温度补偿刷新方法及其电路，可在不同温度下产生不同频率的刷新时钟，控制刷新时钟频率；在电路处于锁存待机状态，无直流回路，可大大降低功耗。

本发明提出的一种分级温度补偿刷新方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)产生一与温度无关的参考电压；

2)产生与温度成反比的工作电压；

3)将参考电压和工作电压进行比较，产生各级温度的每一级控制的选择信息；

4)根据与温度相对应的选择信号生成频率不同的刷新时钟。

本发明提出的一种分级温度补偿刷新电路，其特征在于，包括：

一带隙参考电压源，用于产生与温度无关的参考电压；

一寄生三极管，用于产生与温度成反比的工作电压；

一分级控制器，用于将参考电压和工作电压进行比较，产生各级温度的每一级控制的模数转换的选择信号；

一可控时钟发生器，用于根据与温度相对应的选择信号生成频率不同的刷新时钟。

本发明的技术特点及效果：

本发明利用带隙参考电压源产生与温度无关的参考电压，用CMOS工艺形成的寄生三极管产生与温度成反比的工作电压。利用运放将参考电压和工作电压比较，产生从温度到分级控制的模数转换。与温度相对应的数字选择信号控制补偿刷新时钟发生器，从而实现分级温度补偿刷新。

本发明可在不同温度下产生不同频率的刷新时钟，控制刷新时钟频率；

同时该电路本身具有待机功能，在待机模式下(始能控制信号en为0时)，电路处于锁存待机状态，无直流回路，大大降低了功耗。

附图说明

图1为本发明的四级温度补偿刷新电路实施例组成原理图。

图2为本实施例的四级温度补偿刷新电路的具体实现示意图。

具体实施方式

本发明提出的分级温度补偿刷新电路结合附图及实施例详细说明如下：

1)产生一与温度无关的参考电压；

2)产生与温度成反比的工作电压；

4)根据与温度相对应的选择信号生成频率不同的刷新时钟。

本发明实现上述方法的电路包括：

一带隙参考电压源，用于产生与温度无关的参考电压；

一寄生三极管，用于产生与温度成反比的工作电压；

本发明提出的分级温度补偿刷新方法的实现电路实施例的主要组成，如图1所示，包括：带隙参考电压源1，PMOS管2，寄生三极管3，由运算放大器4，电压比较器5、6、7、8，寄存器9，译码器10组成的四级控制器，可控时钟发生器11。各器件的连接关系为：电路的输入信号VDD接PMOS管2的源极，PMOS管2的栅极接带隙参考电压源1的输出偏置电压端Vibias，PMOS管2的漏极接寄生三极管3的射极和运算放大器4的同相输入端，寄生三极管PNP 3的基极与集电极同接电路的工作地电压VSS。带隙参考电压源1产生的参考电压端VT0，VT1，VT2，VT3分别接电压比较器5、6、7、8的输入端，电压比较器5、6、7、8的输出端接入寄存器9的输入端，寄存器9的输出端接译码器10的输入端，译码器10的输出端接可控时钟发生器11的输入端，由可控时钟11产生刷新时钟，控制动态存储器单元的刷新时钟。始能信号en分别接运算放大器4、电压比较器5、6、7、8及寄存器9的始能端。

本发明的电路的输入信号有VDD，VSS，和en。其中VDD是电路的工作电源电压，VSS是电路的工作地电压，en是使能信号。电路的输出信号是刷新时钟。

上述电路的工作原理为：

图1中，带隙电路1产生不随温度变化而变化的参考电压VT0，VT1，VT2，VT3和PMOS偏置电压Vibias。

偏置电压VBIAS控制PMOS2产生偏置电流控制寄生三极管PNP 3。

三极管PNP 3产生随温度变化而变化的VD。

VD通过运算放大器4产生工作电压VT。由于运算放大器4被设置成单位放大器，导致VT与VD相等。因此，VT也是与温度成反比而变化。

电压比较器5、6、7、8组成4位的模数转换器，将VT与VT0，VT1，VT2和VT3进行比较。

当VT大于VT0时，电压比较器5输出comp0为“1”；反之为“0”。

当VT大于VT1时，电压比较器6输出comp1为“1”；反之为“0”。

当VT大于VT2时，电压比较器7输出comp2为“1”；反之为“0”。

当VT大于VT3时，电压比较器8输出comp3为“1”；反之为“0”。

这样随温度由高到低，comp[3：0]的输出为：0000，0001，0011，0111，1111。

所有电压比较器都由en控制。在en等于“1”时工作，“0”时待命并截断所有直流通路以减小功耗。

comp[3：0]信号存储在4位寄存器9中。en等于“1”时寄存器9存储，en等于“0”时更新。其输出D[3：0]与comp[3：0]一一对应。

译码器10根据输入D[3：0](0000，0001，0011，0111，1111)产生选择信号S[0：4]。

可控时钟发生器11根据选择信号生成频率不同的刷新时钟为本发明的输出信号。

上述四级温度具体实现如图2所示，图中，横坐标表示T，纵坐标表示电压V，当始能信号en为高时，将工作电压VT与随温度变化而变化的电压VT0，VT1，VT2和VT3进行比较，产生从温度到分级控制的模数转换。与温度相对应的数字选择信号控制补偿刷新时钟发生器，从而实现分级温度补偿刷新。

当温度0<T<T0时，VT>VT0，VT1，VT2，VT3，电压比较器5、6、7、8依次输出“1”、“1”、“1”、“1”，该信号comp[3：0]—(1111)在始能信号en为高时存储在寄存器9中。其输出D[3：0]与comp[3：0]一一对应，译码器输入(1111)，产生选择信号S<4：0>＝(00001)，选择可控时钟发生器11产生的频率不同的时钟，该输出时钟为刷新时钟控制DRAM单元。

当温度T0<T<T1时，VT1，VT2，VT3<VT<VT0，电压比较器5、6、7、8依次输出“0”、“1”、“1”、“1”，该信号comp[3：0]—(0111)在始能信号en为高时存储在寄存器9中。其输出D[3：0]与comp[3：0]一一对应，译码器输入(0111)，产生选择信号S<4：0>＝(00010)，选择可控时钟发生器11产生的频率不同的时钟，该输出时钟为刷新时钟控制DRAM单元。

当温度T1<T<T2时，VT2，VT3<VT<VT0，VT1，，电压比较器5、6、7、8依次输出“0”、“0”、“1”、“1”，该信号comp[3：0]—(0011)在始能信号en为高时存储在寄存器9中。其输出D[3：0]与comp[3：0]一一对应，译码器输入(0011)，产生选择信号S<4：0>＝(00100)，选择可控时钟发生器11产生的频率不同的时钟，该输出时钟为刷新时钟控制DRAM单元。

当温度T2<T<T3时，VT3<VT<VT0，VT1，VT2，电压比较器5、6、7、8依次输出“0”、“0”、“0”、“1”，该信号comp[3：0]—(0001)在始能信号en为高时存储在寄存器9中。其输出D[3：0]与comp[3：0]一一对应，译码器输入(0001)，产生选择信号S<4：0>＝(01000)，选择可控时钟发生器11产生的频率不同的时钟，该输出时钟为刷新时钟控制DRAM单元。

当温度T>T3时，VT>VT0，VT1，VT2，VT3电压比较器5、6、7、8依次输出“0”、“0”、“0”、“0”，该信号comp[3：0]—(0000)在始能信号en为高时存储在寄存器9中。其输出D[3：0]与comp[3：0]一一对应，译码器输入(0000)，产生选择信号S<4：0>＝(10000)，选择可控时钟发生器11产生的频率不同的时钟，该输出时钟为刷新时钟控制DRAM单元。

由于本发明电路中，始能信号en控制电路的工作状态，当en为高时，控制电路处于采样工作状态，当en为低时，电路处于待机锁存状态，因此该电路无直流回路，功耗很低。

本发明电路采用CMOS工艺实现的通用集成电路器件连接而成。

Claims

1、一种分级温度补偿刷新方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)产生与温度无关的参考电压；

2)根据参考电压产生一偏置电压；

3)根据偏置电压产生一偏置电流；

4)根据偏置电流产生与温度成反比的工作电压；

5)将参考电压和工作电压进行比较，产生各级温度的每一级控制的选择信号；

6)根据与温度相对应的选择信号生成频率不同的刷新时钟；

7)所述步骤6)是由使能信号控制操作的。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考电压和偏置电压由一带隙参考电压源产生。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作电压由一寄生三极管产生。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择信号由一分级控制器产生。

5、一种分级温度补偿刷新电路，其特征在于，该电路包括：

一带隙参考电压源，用于产生与温度无关的参考电压，并产生一偏置电压；

一MOS管，与带隙参考电压源形成电流镜，用于产生偏置电流；

一寄生三极管，通过偏置电流控制产生与温度成反比的电压；

一运算放大器，通过连接反相输入端和输出端，输出与温度成反比的工作电压；

一可控时钟发生器，用于根据与温度相对应的选择信号生成频率不同的刷新时钟；

一使能信号en，用于控制所述分级控制器的工作状态，当en有效时，分级控制器处于采样工作状态，当en无效时，整个电路处于待机锁存状态。

6、如权利要求5所述的分级温度补偿刷新电路，其特征在于，所述的分级控制器由N+1个电压比较器，寄存器和译码器组成；各器件的连接关系为：电路的输入信号端VDD接MOS管的源极，MOS管的栅极接带隙参考电压源的输出偏置电压端Vibias，MOS管的漏极接寄生三极管的射极和运算放大器的同相输入端，寄生三极管的基极与集电极同接电路的工作地电压VSS；带隙参考电压源的参考电压端VT0，...，VTN分别与N+1个电压比较器的输入端相连，N+1个电压比较器的输出端均与寄存器的输入端相连，寄存器的输出端接译码器的输入端，译码器的输出端接可控时钟发生器的输入端，由可控时钟产生刷新时钟，控制动态存储器单元的刷新时钟；始能信号en分别与运算放大器、N+1个电压比较器及寄存器的始能端相连。

7、如权利要求5所述的分级温度补偿刷新电路，其特征在于，所述的MOS管为PMOS管。

8、如权利要求5所述的分级温度补偿刷新电路，其特征在于，所述的寄生三极管为PNP寄生三极管。

9、如权利要求5、6、7或8所述的分级温度补偿刷新电路，其特征在于，所述的各器件均为采用CMOS工艺实现的通用集成电路器件。