DE10001371A1

DE10001371A1 - Integrierte Schaltung mit einem Differenzverstärker

Info

Publication number: DE10001371A1
Application number: DE10001371A
Authority: DE
Inventors: Thoai-Thai Le; Helmut Fischer; Sebastian Kuhne
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2020-01-15
Also published as: TW573395B; US20010028585A1; JP2001229676A; KR20010086324A; DE10001371B4; US6477099B2; KR100744229B1

Abstract

Eine integrierte Schaltung, die an einem Bezugspotential (GND) anliegt, weist einen Differenzverstärker in einer Grundschaltung mit zwei Eingangstransistoren (T1, T2), einem Lastelement (2) und einer Stromquelle (3) auf. Die Stromquelle (3) weist einen N-Kanal MOS-Transistor (T3) auf, dessen gesteuerte Strecke mit den Eingangstransistoren (T1, T2) und einem Versorgungsanschluß (31) der Stromquelle (3) verbunden ist. Ein Steueranschluß (G) des Transistors (T3) ist mit einem gegenüber dem Bezugspotential (GND) positiven Potential (V3) verbunden, der Versorgungsanschluß (31) der Stromquelle (3) ist mit einem gegenüber dem Bezugspotential (GND) negativen Potential (V2) verbunden. Durch die dadurch erhöhte Gate-Source-Spannung (V¶GS¶) wird das Verhalten der Schaltung gegenüber Potentialschwankungen verbessert und eine günstigere Dimensionierung des Transistors (T3) ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schal tung, die an einem Bezugspotential anliegt, mit einem Diffe renzverstärker mit zwei Eingangstransistoren, einem Lastele ment und einer Stromquelle, bei dem die Eingangstransistoren parallel zwischen das Lastelement und die Stromquelle ge schaltet sind, bei dem die Stromquelle einen N-Kanal MOS- Transistor aufweist, dessen gesteuerte Strecke mit den Ein gangstransistoren und einem Versorgungsanschluß der Strom quelle verbunden ist, und bei dem ein Steueranschluß des Transistors mit einem Anschluß für ein gegenüber dem Bezugs potential positives Potential verbunden ist.

In integrierten Schaltungen werden Differenzverstärker meist in unterschiedlichen Anwendungen verwendet. Insbesondere neu ere Generationen von Halbleiterspeicherbausteinen weisen in Folge neuerer Technologien vergleichsweise geringe interne Versorgungsspannungen auf. In derartigen integrierten Schal tungen werden Differenzverstärker insbesondere für den Be trieb als Eingangssignalverstärker, auch als Input-Receiver bezeichnet, eingesetzt, da diese auch bei vergleichsweise ge ringen internen Versorgungsspannungen bestimmungsgemäß arbei ten.

Die Funktion eines Input-Receivers besteht im allgemeinen darin, ein variables Eingangssignal zu detektieren und ggf. zu verstärken. Diesbezüglich weist ein Differenzverstärker grundlegender Bauart ähnlich wie ein Inverter einen hohen Eingangswiderstand auf. Differenzverstärker werden vor allem in neueren Anwendungen eingesetzt, die eine sogenannte SSTL- Schnittstelle (Stub-Serial-Terminated-Logic) aufweisen, ins besondere in neueren DRAM-Generationen. Dort werden Diffe renzverstärker vor allem als sogenannte Highspeed-Receiver verwendet.

Die verschiedenen Bauformen von Differenzverstärkern weisen prinzipiell die gleiche Grundschaltung bekannter Art auf. Diese enthält zwei Eingangstransistoren, eine Stromquelle und eine aktive oder passive Last. Eine Potentialdifferenz der an den Eingangstransistoren anliegenden Eingangssignale ruft ei ne Potentialänderung am Ausgang des Differenzverstärkers her vor. Die Eingangstransistoren sind üblicherweise in NMOS- Technologie ausgeführt.

Die Stromquelle eines Differenzverstärkers soll bewirken, daß der Gesamtstrom durch die beiden Eingangstransistoren stets konstant bleibt. Als Stromquelle wird im allgemeinen ein N- Kanal MOS-Transistor verwendet, dessen Drain-Source-Strecke mit den Eingangstransistoren und einem Versorgungsanschluß der Stromquelle verbunden ist. Da die Stromquelle eines Dif ferenzverstärkers vor allem die Wirkung einer Konstantstrom quelle annimmt, ist der Transistor der Stromquelle in seinem Sättigungsbereich zu betreiben. Damit der Aussteuerbereich des Eingangssignals an einem der beiden Eingangstransistoren nicht zu sehr eingeschränkt wird, sollte die an der Drain- Source-Strecke abfallende Spannung des Transistors möglichst klein gehalten werden.

Um den Transistor im Sättigungsbereich betreiben zu können, muß bekanntlich die Bedingung für die Spannungen

V_DS ≧ V_GS - V_TH

erfüllt sein. Dabei steht "D" für Drain, "S" für Source und "G" für Gate. In bisherigen Anwendungen ist der Versorgung sanschluß der Stromquelle meist mit einem Anschluß für ein Bezugspotential der integrierten Schaltung verbunden. Da wie beschrieben V_DS verhältnismäßig klein ist, wird W_GS so gewählt, daß diese Spannung unwesentlich größer ist als die Einsatz spannung V_TH. Dadurch ergibt sich insbesondere das Problem, daß bei einem vorgegebenen Strom durch die Stromquelle und einer verhältnismäßig kleinen Gate-Source-Spannung das Wei ten-/Längen-Verhältnis des Transistors relativ groß gewählt werden muß. Da außerdem die Drain-Source-Spannung stets grös ser als die Bezugsspannung der integrierten Schaltung ist, ist der Eingangssignalbereich an den Eingangstransistoren in jedem Fall eingeschränkt. Da der Transistor der Stromquelle nahe seiner Einsatzspannung betrieben wird, muß die Gate- Source-Spannung sorgfältig gewählt werden. Wird sie bei spielsweise zu klein gewählt, so ist die Differenzverstärker schaltung insbesondere empfindlich gegenüber Potentialschwan kungen der Eingangssignale und der Versorgungsspannung ("Noi se").

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integ rierte Schaltung mit einem Differenzverstärker anzugeben, bei dem ausgehend von der beschriebenen Grundschaltung die be schriebenen Nachteile hinsichtlich der Dimensionierung des N- Kanal MOS-Transistors der Stromquelle und des Betriebs des Differenzverstärkers nicht auftreten.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine integrierte Schaltung mit einem Differenzverstärker, die an einem Bezugspotential an liegt, bei der der Differenzverstärker zwei Eingangstransis toren, ein Lastelement und eine Stromquelle aufweist, bei der die Eingangstransistoren parallel zwischen das Lastelement und die Stromquelle geschaltet sind, bei der die Stromquelle einen N-Kanal MOS-Transistor aufweist, dessen gesteuerte Strecke mit den Eingangstransistoren und einem Versorgung sanschluß der Stromquelle verbunden ist, bei der ein Steue ranschluß des Transistors mit einem Anschluß für ein gegen über dem Bezugspotential positives Potential verbunden ist, und bei der der Versorgungsanschluß der Stromquelle mit einem Anschluß für ein gegenüber dem Bezugspotential negatives Po tential verbunden ist.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Sourceanschluß des Transistors der Stromquelle ist also mit einem gegenüber dem Bezugspotential negativen Potential verbunden. Dadurch ergibt sich, daß bei ansonsten unveränder ten Versorgungspotentialen und Potentialen der Eingangs- und Steuersignale die Gate-Source-Spannung vergrößert wird. Da durch kann bei einem gegebenen Strom durch die Stromquelle das Weiten-/Längen-Verhältnis des Transistors relativ klein bleiben. Da der Transistor außerdem nicht mehr relativ nahe an seiner Einsatzspannung betrieben wird, ist die Empfind lichkeit gegenüber "Noise" reduziert.

Die erfindungsgemäße integrierte Schaltung ist vorteilhaft in einer Schaltungsanordnung eines integrierten dynamischen Speichers (DRAM) einsetzbar. In modernen DRAM-Schaltungen wird zuweilen zum Abschalten von Zellenfeldtransistoren ein gegenüber dem Bezugspotential negatives Potential benötigt. Diese sogenannte "Negative Wordline Low Voltage" (Vnwl) ist im allgemeinen als eine hochstabile negative Spannung auf dem Halbleiterchip auszubilden. Diese vorteilhafte Eigenschaft ist insbesondere auch für den Differenzverstärker nutzbar, indem der Versorgungsanschluß der Stromquelle mit einer Span nungsquelle zum Abschalten von Zellenfeldtransistoren des in tegrierten Speichers verbunden ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, für die Erzeugung des negativen Potentials einen eigenen Generator bzw. Spannungsquelle zu verwenden. Dazu ist der Versorgung sanschluß der Stromquelle mit einer nur für den Differenzver stärker vorgesehenen Spannungsquelle verbunden. Damit ist das Versorgungspotential an dem Versorgungsanschluß der Strom quelle unabhängig einstellbar.

Die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Diffe renzverstärkers sind insbesondere in einer Schaltungsanord nung eines Input-Receivers der integrierten Schaltung ein setzbar. Dazu ist ein Gateanschluß eines der Eingangstransistoren mit einem Anschluß für ein Eingangssignal des Input- Receivers verbunden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Grundschaltung eines Differenzverstärkers,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines Differenzverstärkers.

Fig. 1 ist eine Grundschaltung eines Differenzverstärkers 1 zu entnehmen, der die Eingangstransistoren T1 und T2 sowie eine Stromquelle 3 und ein Lastelement 2 umfaßt. Der Diffe renzverstärker 1 ist mit dem Lastelement 2 an einem internen Versorgungspotential V1 und mit der Stromquelle 3 an einem Bezugspotential GND der integrierten Schaltung angeschlossen. Das Eingangssignal 10 des Differenzverstärkers 1 liegt an dem Gateanschluß 11 des Eingangstransistors T1 an, an dem Ga teanschluß des Eingangstransistors T2 ist beispielsweise ein Referenzpotential 20 angelegt. Die Eingangstransistoren T1 und T2 sind parallel zwischen das Lastelement 2 und die Stromquelle 3 geschaltet.

Die Stromquelle 3 weist einen Transistor T3 von Typ NMOS auf, dessen Drain-Source-Strecke mit den Eingangstransistoren T1 bzw. T2 und einem Versorgungsanschluß 31 der Stromquelle 3 verbunden ist. Der Steueranschluß G des Transistors T3 ist mit einem Anschluß für ein gegenüber dem Bezugspotential GND positives Potential V3 verbunden. Der Versorgungsanschluß 31 der Stromquelle 3 ist mit einem Anschluß für das Bezugspoten tial GND verbunden.

Fig. 2 zeigt einen Differenzverstärker 1, der in seinem prinzipiellen Aufbau dem Differenzverstärker auf Fig. 1 ent spricht. Im Gegensatz zu diesem ist der Versorgungsanschluß 31 der Stromquelle 3 mit dem Anschluß für ein gegenüber dem Bezugspotential GND negatives Potential V2 verbunden. Die Po tentiale V2 und GND betragen beispielsweise V2 = -0,5 V bzw. GND = 0 V. Die Spannung VCS ist im Vergleich zu Fig. 1 grö ßer, wodurch sich bei gegebenem Strom I durch die Stromquelle 3 im Vergleich dazu ein kleineres Weiten-/Längen-Verhaltnis des Transistors T3 ergibt. Außerdem wird der Transistor T3 im Vergleich zu Fig. 1 nicht mehr so nahe an dessen Einsatz spannung V_TH betrieben. Die Empfindlichkeit gegenüber Poten tialschwankungen ist damit in der Schaltung nach Fig. 2 im Vergleich zu der Schaltung nach Fig. 1 reduziert.

Der Versorgungsanschluß 31 der Stromquelle 3 ist beispiels weise mit einer Spannungsquelle 4 zum Abschalten von Zellen feldtransistoren eines integrierten dynamischen Speichers verbunden. Die Spannungsquelle 4 ist in einer anderen Ausfüh rung nur für den Differenzverstärker 1 vorgesehen. Das Poten tial V2 ist damit unabhängig regelbar.

Claims

1. Integrierte Schaltung mit einem Differenzverstärker, die an einem Bezugspotential (GND) anliegt,

- bei der der Differenzverstärker (1) zwei Eingangstransisto ren (T1, T2), ein Lastelement (2) und eine Stromquelle (3) aufweist,
- bei der die Eingangstransistoren (T1, T2) parallel zwischen das Lastelement (2) und die Stromquelle (3) geschaltet sind,
- bei der die Stromquelle (3) einen N-Kanal MOS-Transistor (T3) aufweist, dessen gesteuerte Strecke mit den Eingangs transistoren (T1, T2) und einem Versorgungsanschluß (31) der Stromquelle (3) verbunden ist,
- bei der ein Steueranschluß (G) des Transistors (T3) mit ei nem Anschluß für ein gegenüber dem Bezugspotential (GND) po sitives Potential (V3) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsanschluß (31) der Stromquelle (3) mit einem Anschluß für ein gegenüber dem Bezugspotential (GND) negati ves Potential (V2) verbunden ist.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung in einer Schaltungsanordnung eines integrierten dynamischen Speichers enthalten ist.

3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsanschluß (31) der Stromquelle (3) mit einer Spannungsquelle (4) zum Abschalten von Zellenfeldtransistoren des integrierten dynamischen Speichers verbunden ist.

4. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsanschluß (31) der Stromquelle (3) mit einer nur für den Differenzverstärker (1) vorgesehenen Spannungs quelle (4) verbunden ist.

5. Integrierte Schaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Differenzverstärker (1) in einer Schaltungsanordnung eines Input-Receivers der integrierten Schaltung enthalten ist und
- ein Gateanschluß (11) eines der Eingangstransistoren (T1, T2) mit einem Anschluß für ein Eingangssignal (10) des Input- Receivers verbunden ist.