DD259486A1 - Messfuehler fuer geregelte substratspannungsgeneratoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Substratspannungsgenerator, wie er in dynamischen Halbleiterspeichern angewendet wird. Beim Anlegen des Zeilenauswahlsignales RAS kippen die Bitleitungen und es ergibt sich eine Verschiebung der Substratspannung nach negativeren Werten. Durch getaktetes Veraendern der Bezugsspannung des Messfuehlers regelt der Messfuehler die Substratspannung waehrend der aktiven Phase auf einen erniedrigten Wert. Dadurch werden Driften vermieden und es liegen stabile Betriebsbedingungen vor. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Der Meßfühler für geregelte Substratspannungsgeneratoren wird in dynamischen Speicherschaltkreisen eingesetzt und dient dort zur Regelung der Substratspannung, welche bei beliebig langen, aktiven RAS-Phasen nicht driftet. Der Meßfühler ist dabei vorzugsweise in CMOS-Technologie aufgebaut.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Konstanthaltung der Substratspannung sind verschiedene Lösungen bekannt.

Es ist beispielsweise möglich, weitere Pumpschaltungen bei Anlegen der Zeilen- bzw. Spaltenauswahlsignale RAS bzw. CÄS zuzuschalten. Derartige Schaltungen sind modifiziert in DE 3244327; DE 3530092 sowie EP 173980 beschrieben.

Charakteristisch ist hierbei, daß die Substratspannung auf einem — von Zeitkonstanten abgesehen — im wesentlichen konstanten Wert gehalten wird. _ _

Nachteilig ist hierbei, daß bei der RAS-Flanke nach „Low" durch das Kippen der Bitleitungen die Substratspannung um einen bestimmten Wert nach negativeren Werten verschoben wird und danach die Substratspannung durch Leckströme auf den durch den Meßfühler fest vorgegebenen Wert der Substratspannung driftet. Der Wert der Drift ist dabei von der Länge der RAS-Phase abhängig.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht_darin, durch geeignete Maßnahmen die Substratspannung auf den Wert zu halten, den die Substratspannung nach der RAS-Flanke durch das Kippen der Bitleitungen angenommen hat.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung löst die Aufgabe, die Substratspannung während der RAS-Phase auf einen niedrigeren Wert zu halten, daß während der RAS-Phase die Bezugsspannung des Meßfühlers um eben diesen Wert bei konstanter Ausgangsspannung erhöht wird.

Der Meßfühler für geregelte Substratspannungsgeneratoren in Speicherschaltkreisen besteht aus einer Reihenschaltung, einer Stromquelle und einer Widerstands-Kombination zwischen der Versorgungsspannung und dem Substrat. Die Widerstandskombination besteht dabei aus MOS-Transistoren. Die Spannung über der Widerstandskombination gegen Masse bildet dabei eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung, die sich nur durch die Regelabweichungen geringfügig ändert und die für die nachgeordneten Teile des geregelten Substratspannungsgenerators die Eingangsspannung darstellt. Erfindungsgemäß ist im nichtangewählten Zustand des Speichers ein MOS-Transjstor einem der MOS-Transistoren parallelgeschaltet. Dabei_wirken die MOS-Transistoren als Widerstand. In Ausgestaltung der Erfindung ist das , Zeilenauswahlsignal RAS über einen Schwellwertschalter mit dem Gate des parallelgeschalteten Transistors verbunden. Im ausgewählten Zustand (RAS = low) ist somit der parallelgeschaltete MOS-Transistor nicht leitend und setzt den Widerstandswert der Widerstandskombination herauf. Bei konstant eingespeistem Strom fällt damit eine größere Spannung über dieser ab. Durch das gleichzeitige Kippen der Bitleitungen wird das Potential des Substrats nach unten verschoben. Durch Dimensionierung läßt sich erreichen, daß die Spannungsverschiebungen gleich sind. Der Meßfühler hält somit bei weiterhin nahezu konstanter Ausgangsspannung die Substratspannung auf diesen niedrigen Wert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: einen Substratspannungsgenerator als Blockschaltbild Fig. 2: den erfindungsgemäßen Meßfühler

In Fig. 1 ist der Substratspannungsgenerator als Blockschaltbild dargestellt. Er enthält einen Meßfühler 1, dem ein Verstärker 2 nachgeschaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers nimmt dabei nur noch zwei Zustände an. Dem Verstärker 2 ist ein gesteuerter Ringoszillator 3 nachgeschaltet. Über einen weiteren Verstärker 4 ist der Ringoszillator 3 mit zwei im Gegentakt arbeitenden Pumpschaltungen 5 a; 5 b verbunden. Das von den Pumpschaltungeh 5a; 5 b beeinflußte Substrat 6 schließt seinerseits des Regelkreis zum Meßfühler 1.

In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Meßfühler 1 dargestellt. Der Meßfühler 1 enthält zwischen der Versorgungsspannung U_cc und dem Substrat 6 eine Reihenschaltung aus einem pMOS-Transistor 10, einer Parallelschaltung eines als Diode geschalteten nMOS-Transistors 11 mit einem nMOS-Transistor 12 sowie einem, ebenfalls als Diode geschalteten nMOS-Transistor 13. Der pMOS-Transistor 10 arbeitet dabei als Konstantstromquelle. Die Spannung über den in Durchlaßrichtung gepolten nMOS-Transistoren 11; 13 ist die Bezugsspannung gegen Substrat 6 und die Spannung über den nMOS-Dioden 11; 13 gegen Masse M bildet die Ausgangsspainnung U_A, welche bis auf die Regelabweichungen im wesentlichen konstant ist. Weiterhin ist das Zeilenauswahlsignal RAS mit einem Schwellwertschalter 14 verbunden.

Während der inaktiven Phase des Speicherschaltkreises bilden die nMOS-Transistoren 11; 13 (Ri; R₃) und der nMOS-Transistor 12 (R₂) eine Widerstandskombination, über der der konstante Strom !folgenden Spannungsabfall erzeugt

Ub + U_a = I (R₁ // R₂ + R₃)

Ub = Substratspannung

Ua = Ausgangsspannung

In der aktiven Phase sperrt der nMOS-Transistor 12 und es ergibt sich

Ub + U_A + AU₈ = I (R₁ + R₃)

mitAUs—zusätzliche Verschiebung der Substratspannung in negative Richtung. Durch geeignete Dimensionierung läßt sich die Substratspannungsverschiebung beim Kippen der Bitleitungen gleich der Verschiebung der Bezugsspannung des Meßfühlers 1 auslegen. Während der aktiven Phase driftet somit die Substratspannung U₈ + AU₅ nicht und es ergeben sich stabile Betriebswerte.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1. Meßfühler für geregelte Substratspannungsgeneratoren in Speicherschaltkreisen, wobei der Meßfühler aus einer Reihenschaltung einer Stromquelle und einer Widerstandskombination zwischen der Versorgungsspannung und dem Substrat besteht und wobei die Widerstandskombination aus MOS-Transistoren besteht und wobei weiterhin die Spannung über der Widerstandskombination gegen Masse eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß im nichtangewählten Zustand des Speicherschaltkreises ein zusätzlicher MOS-Transistor (12) dem als Diode geschalteten MOS-Transistor (11) parallelgeschaltet ist.
2. 2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeilenauswahlsignal (RAS) über einen Schwellwertschalter (14) mit dem Gate des MOS-Transistors (12) verbunden ist.