DD259487A1 - Messfuehler fuer geregelte substratspannungsgeneratoren - Google Patents

Abstract

Die Erindung betrifft einen Messfuehler fuer 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 eine um den Wert der Verschiebung nachgefuehrte Bezugsspannung regelt der Messfuehler die Substratspannung waehrend der aktiven Phase auf den durch die Verschiebung vorgegebenen Wert. Dadurch werden Driften vermieden und der Regelkreis arbeitet im dynamischen Gleichgewicht. 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. CAS 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 demnach 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 Erfindungjöst 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

nachgeführt wird. ' '

Der Meßfühler für geregelte Substratspannungsgeneratoren in Speicherschaltkreisen besteht aus einer Reihenschaltung, einer Stromquelle und einer Widerstandskombination zwischen der Versorguangsspannung 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 das Gate des MOS-Transistors in_de_r Widerstandskombination über einen weiteren MOS-Transistor mit Masse verbunden. Dabei ist das Zeüenauswahlsignal RAS über einen Schwellwertschalter mit dem Gate des zusätzlichen MOS-Transistors verbunden. Schließlich ist zwischen dem Gate des ersten MOS-Transistors und dem Substrat ein Kondensator

angeordnet.

Wird nun durch das RAS-Signal das Kippen der Bitleitungen eingeleitet, so sinkt das Potential des Substrates. Gleichzeitig wird das Gate des ersten MOS-Transistors in der Widerstandskombination durch den nun sperrenden zusätzlichen MOS-Transistor von Masse abgetrennt und floated. Das Absinken des Substratpotentials wird nun auf das Gate übertragen und erhöht den Widerstandswert, so daß bei konstantem Stronreine größere Spannung über der Widerstandskombination abfällt. Durch Dimensionierung läßt sich erreichen, daß das Absinken des Substratpotentials gleich der Vergrößerung der über der Widerstandskombination abfallenden Spannung ist. Der Meßfühler führt somit bei weiterhin nahezu konstanter Ausgangsspannung die Bezugsspannung entsprechend der Änderung des Substratpotentials nach.

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 nachgeschaitet. Über einen weiteren Verstärker 4 ist der Ringoszillator 3 mit zwei im Gegentakt arbeitenden Pumpschaltungen 5a; 5b verbunden. Das von den Pumpschaltungen 5a; 5 b beeinflußte Substrat 6 schließt seinerseits den Regelkreis zum Meßfühler 1. . .

In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Meßfühler dargestellt. Der Meßfühler 1 enthält zwischen der Versorgungsspannung U_ccund dem Substrat 6 eine Reihenschaltuang aus einem pMOS-Transistor 10, einem nMOS-Transistor 11 sowie einem nMOS-Transistor 12, der als Diode in Durchlaßrichtung geschaltet ist.

Der pMOS-Transistor 10 arbeitet dabei als Konstantstromquelle. Die Spannung über dem nMOS-Transistor 11 und dem in Durchlaßrichtung gepolten nMOS-Transistor 12 ist die Bezugsspannung gegen Substrat 6 und die Spannung über dem nMOS-Transistor 11 sowie dem nMOS-Transistor 12 gegen Masse bildet die Ausgangsspannung U_A, welche bis auf die Regelabweichungen im wesentlichen konstant ist.

Ein nMOS-Transistor 13 ist zwischen dem Gate des nMOS-TransistorsJ2 und Masse und ein Kondensator 14 ist zwischen dem Gate des nMOS-Transistors 11 und dem Substrat 6 angeordnet. Das RAS-Signal ist über einen Schwellwertschalter 15 mit dem Gate des nMOS-Transistors 13 verbunden.

Die Bezugsspannung des Meßfühlers 1 ergibt sich bei einem konstanten Strom I durch den pMOS-Transistor 10 und den Widerständen r, für den nMOS-Transistor 11 sowie r₂ für die nMOS-Diode 12 in der inaktiven Phase zu

Ub + U_A = I (r, [U_G = OV] + r₂)

In der aktiven Phase wird das Substratpotential um den Wert AUa abgesenkt. Es gilt damit .

Ub + Ua + AU_B = I (r, [U_G = -AU₈'] + r₂)

Ub = Substratspannung

Δυ_Β = Substratspannungsverschiebung

AUb' = kapazitive geteilte Verschiebung

Ua =Ausgangsspannung

Bei entsprechender Dimensionierung ergibt sich eine der erzwungenen Verschiebung des Substratpotentials entsprechende Veränderung des Widerstandswertes des nMOS-Transistors 11. <,

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Meßfühler für geregelte Substratspannungsgeneratoren in Speicherschaltkreisen, wobei der Meßfühler aus einer Reihenschaltung, einer Stromquelle und einer Widerstandskombi nation zwischen der Versorgungsspannung und dem Substrat besteht und wobei die Widerstandskombination aus MOS-Transistoren besteht und wobei weiterhin die Spannung über der Widerstandskombination gegen Mnsse eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate des MOS-Transistors (11) über einen MOS-Transistor (1.3) mit Masse M verbunden ist, daß das Zeüenauswahlsignal (RAS) über einen Schwellwertschalter (15) mit dem Gate des MOS-Transistors (12) verbunden ist und daß zwischen dem Gate des MOS-Transistors (11) und dem Substrat (6) ein Kondensator (14) angeordnet ist.