DE10050761A1 - Spannungsregelungsschaltung, insbelondere für Halbleiterspeicher - Google Patents

Abstract

Eine Spannungsregelungsschaltung, insbesondere für Halbleiterspeicher, mit einem Referenzspannungsgenerator (RG) zur Erzeugung einer Referenzspannung (UR), einem Längselement (LE) zur Bereitstellung einer geregelten Spannung (UG) und einem Fehlerverstärker (FV) zur Bildung einer Regelschleife ist dahingehend weitergebildet, daß das Längselement (LE) mehrere Transistoren (T1, T2) aufweist, welche steuerseitig fest miteinander verbunden sind und deren Lastanschlüsse trennbar, in Abhängigkeit von der geforderten Treiberstärke, mit einem Anschluß zur Bereitstellung der geregelten Spannung (UG) verbunden sind. Die erfindungsgemäße Spannungsregelungsschaltung ist vorzugsweise zur Spannungsversorgung von Embeded DRAM-Speichern mit anwendungsabhängiger Speicherkapazität einsetzbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsregelungs­ schaltung, insbesondere für Halbleiterspeicher, mit einem Re­ ferenzspannungsgenerator, der an einen Eingang zur Zuführung einer ungeregelten Spannung angeschlossen ist und eine Refe­ renzspannung bereitstellt, einem Längselement, das an den Eingang zur Zuführung der ungeregelten Spannung angeschlossen ist und an seinem Ausgang eine geregelte Spannung bereit­ stellt und einem Fehlerverstärker, der eingangsseitig mit dem Referenzspannungsgenerator verbunden und mit dem Ausgang des Längselements gekoppelt und ausgangsseitig an einen Steuer­ eingang des Längselements angeschlossen ist.

Ein gattungsbildender, als Längsregler beziehungsweise Seri­ enregler ausgeführter Spannungsregler ist beispielsweise in der Druckschrift "Bipolar And MOS Analog Integrated Circuit Design", Allan Grebene, Wiley Interscience 1984, Seiten 482 bis 483 angegeben, vergleiche insbesondere Fig. 10.1. Dabei erzeugt ein Referenzspannungsgenerator eine Referenzspannung, welche unabhängig von der ungeregelten Versorgungsspannung und von Temperaturschwankungen ist. Der Fehlerverstärker ver­ gleicht die Referenzspannung mit einer geregelten Ausgangs­ spannung und erzeugt ein korrigierendes Fehlersignal, um den Spannungsabfall entlang des Längselements zu beeinflussen. Die geregelte Ausgangsspannung der Spannungsregelungsschal­ tung ist, wie man zeigen kann, in erster Näherung unabhängig von der ungeregelten Eingangsspannung sowie proportional zur Referenzspannung.

Wendet man die Spannungsregelungsschaltung gemäß dem Oberbe­ griff beispielsweise in sogenannten Embedded DRAM (Dynamic Random Access Memory) an, bei denen die Speicherkapazität je­ weils von den Anwendungserfordernissen abhängen kann und in großen Bereichen schwanken kann, so zeigt der beschriebene Serienregler dahingehend Nachteile, daß zum einen die Trei­ berfähigkeit der Spannungsregelungsschaltung an die jeweilige Last elektrisch anzupassen ist und zum anderen durch die An­ passung der Treiberfähigkeit die Regelcharakteristik der Spannungsregelung ebenfalls anzupassen ist, um stets ein sta­ biles Reglerverhalten zu gewährleisten.

In vorbekannter Weise wurden die Spannungsregler für die je­ weils maximal vorgesehene elektrische Last ausgelegt. Die Reglercharakteristik wurde dabei jeweils in aufwendiger Weise durch zusätzliche "Dummy"-Kapazitäten angepaßt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemä­ ße Spannungsregelungsschaltung dahingehend weiterzubilden, daß diese in einfacher Weise und mit geringem Aufwand für verschiedene Anwendungen, insbesondere an verschiedene kapa­ zitive Lasten, anpaßbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer Spannungs­ regelungsschaltung, welche dahingehend weitergebildet ist, daß das Längselement einen ersten Transistor und einen zwei­ ten Transistor umfaßt, deren Steuereingänge fest mit dem Ein­ gang des Längselements verbunden sind und bei denen die ge­ steuerte Strecke zumindest eines Transistors trennbar mit dem Eingang des Längselements gekoppelt ist.

Die Steuereingänge der Transistoren sind fest mit dem Eingang des Längselements, welcher an den Ausgang des Fehlerverstär­ kers angeschlossen ist, verbunden. Hierdurch weist der Regel­ kreis eine konstante Last, welche beispielsweise von Kapazi­ täten zwischen Steuereingängen und gesteuerten Strecken der Transistoren gebildet ist, auf, so daß die Regelcharakteri­ stik, insbesondere die Stabilitätsbedingungen, unabhängig von an den Anschluß für die ungeregelte Spannung anschließbaren Lasten, insbesondere kapazitiven oder gemischt-kapazitiven Lasten, ist.

Das Längselement kann dabei bevorzugt, unabhängig von der tatsächlich angeschlossenen oder zum Anschluß vorgesehenen elektrischen Last, so ausgelegt sein, daß seine Treiberfähig­ keit an die maximal anschließbare elektrische Last angepaßt ist.

Das Längselement weist mehrere Transistoren auf, welche steu­ erseitig parallel geschaltet sind und welche lastseitig trennbar miteinander verbunden sind. Sinnvollerweise ist da­ bei zumindest ein Anschluß einer gesteuerten Strecke eines Transistors fest mit dem Ausgang des Längselements verbunden. Anschlüsse von gesteuerten Strecken weiterer Transistoren sind trennbar mittels potentiellen Trennstellen mit dem Aus­ gang des Längselements verbunden. Ein Auftrennen von elek­ trisch leitenden Verbindungen an den Trennstellen kann dabei bevorzugt mit Energieimpulsen erfolgen. Abhängig davon, wel­ che Treiberfähigkeit von der Spannungsregelungsschaltung an ihrem Ausgang gefordert ist, können eine gewünschte Anzahl Transistoren durch Auftrennung der Anschlüsse ihrer gesteuer­ ten Strecken parallel geschaltet werden. Beispielsweise kön­ nen 30 Transistoren mit ihren Steuereingängen fest miteinan­ der verbunden und damit steuerseitig parallel geschaltet sein, während lediglich 10 gesteuerte Strecken von 10 Transi­ storen miteinander und mit dem Ausgang des Längselements ver­ bunden sind. Die übrigen 20 Anschlüsse der gesteuerten Strec­ ken der übrigen Transistoren haben in diesem Beispiel keine beziehungsweise an den potentiellen Trennstellen aufgetrennte elektrische Verbindungen mit dem Ausgang des Längselements. Somit ist eine einfache Anpassung der Treiberfähigkeit der Spannungsregelungsschaltung mit geringem Aufwand an verschie­ denste elektrische Lasten möglich, ohne dabei die Regelcha­ rakteristik beziehungsweise die Stabilitätsbedingungen des Regelkreises zu beeinflussen.

Die gesteuerten Strecken können mit je einem weiteren An­ schluß fest miteinander und mit dem Anschluß zur Zuführung einer ungeregelten Spannung verbunden sein.

Bei Verwendung der Spannungsregelungsschaltung zur Spannungs­ versorgung von Embedded DRAMS unterschiedlicher Größe beziehungsweise Speicherkapazität bedeutet das, daß lediglich eine Spannungsregelungsschaltung zur Versorgung von Speicher­ zellen von beispielsweise zwei Megabit bis 48 Megabit einge­ setzt werden kann.

Die Spannungsregelungsschaltung ist besonders dann ohne auf­ wendige Veränderungen realisierbar, wenn das Längselement der Spannungsregelungsschaltung ohnehin zur Realisierung großer Kanalweiten mehrere, parallel geschaltet Transistoren auf­ weist und in einzelne, sogenannte Finger unterteilt ist. Bei­ spielsweise zur Realisierung von großen Kanalweiten bei Fel­ deffekt Transistoren bis 1000 Mikrometer werden üblicherweise mehrere, einzelne Transistoren parallel geschaltet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung umfaßt das Längselement zumindest ein fusible link, das den Ausgang des Längselements mit der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors koppelt. Fusible Links als mögliche Realisierung der potentielle Trennstellen werden auch als Schmelzverbindungen oder schmelzbare Verbindungen bezeichnet. Solche Schmelzverbindungen können während oder nach eines Herstellungsprozesses beispielsweise an exponierter Stelle angeordnet sein und unter Verwendung von Laserstrahlen durch­ trennt werden oder aufgrund ihrer besonderen Gestaltung durch Anlegen einer Überspannung oder eines Überstromes zum Anpas­ sen der Anzahl der parallel geschalteten Transistoren im Längselement an die gewünschte Treiberstärke durchtrennt wer­ den.

Eine andere Möglichkeit, die Treiberfähigkeit der Spannungs­ regelungsschaltung anzupassen, besteht darin, bei einem Fertigungsprozeß die Metallbahnen, welche den Ausgang des Längselements mit den Anschlüssen der gesteuerten Strecken der jeweils nicht erwünschten Transistoren verbinden, bereits beim Maskenlayout zu entfernen. In vorteilhafter Weise sind dabei keine weiteren Simulationen der gewonnenen Schaltung erforderlich, da die Regelcharakteristik, das heißt das Ver­ hältnis der Verstärkung des Fehlerverstärkers zur Last, ge­ bildet vom Längselement, stets gleich bleibt. Folglich sind keine, von der Anpassung der Treiberstärke der Spannungsrege­ lungsschaltung abhängigen Untersuchungen, beispielsweise bezüglich Einschaltverhalten, Schwingneigung, Stabilität oder transientem Verhalten der Spannungsregelung erforderlich.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung sind die Transistoren P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren.

Weiter Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh­ rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:
Die Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Blockschaltbilds.

Die Figur zeigt eine Spannungsregelungsschaltung mit einem Eingang zur Zuführung einer ungeregelten Spannung UU und ei­ nem Ausgang zur Bereitstellung einer geregelten Spannung UG. Mit einem Referenzgenerator RG, welcher eingangsseitig an den Anschluß zur Zuführung der ungeregelten Spannung UU ange­ schlossen ist, wird eine Referenzspannung UR bereit gestellt. An den Ausgang des Referenzspannungsgenerators RG ist ein Fehlerverstärker FV angeschlossen, dem an einem weiteren Ein­ gang eine Ist-Spannung UI zuführbar ist, welche durch Span­ nungsteilung aus der geregelten Spannung UG hervorgeht. Zur Spannungsteilung ist ein Ohmscher Spannungsteiler, gebildet aus einem ersten und einem zweiten Widerstand R1, R2 vorgesehen. Der Fehlerverstärker FV vergleicht die Referenzspannung UR mit der Ist-Spannung UI und stellt an seinem Ausgang eine Korrekturspannung bereit, welche proportional zu einem Pro­ dukt aus Differenzspannung von Referenzspannung und Ist- Spannung und aus einem Verstärkungsfaktor ist. An den Ausgang des Fehlerverstärkers FV ist ein Längselement LE, als Aus­ gangsstufe ausgelegt, angeschlossen, welches zu seiner Span­ nungsversorgung mit dem Anschluß zur Zuführung der ungeregel­ ten Spannung UU verbunden ist. Am Ausgang des Längselements LE ist die geregelte Spannung UG ableitbar.

Das Längselement LE umfaßt drei P-Kanal-Feldeffekt­ transistoren T1, T2, T3, deren Gateanschlüsse miteinander fest verbunden sind und an den Ausgang des Fehlerverstärkers FV angeschlossen sind. Jeweils ein Anschluß der gesteuerten Strecken der Transistoren T1, T2, T3 ist mit dem Anschluß zur Zuführung der ungeregelten Spannung UU verbunden. Jeweils ein anderer Anschluß der gesteuerten Strecken beziehungsweise der Kanäle des ersten und zweiten Transistors T1, T2 ist mit dem Anschluß zur Bereitstellung der geregelten Spannung UG fest verbunden. Der dritte Transistor T3 ist jedoch lastseitig nicht an den Ausgang des Längselements LE angeschlossen, vielmehr ist eine als Schmelzverbindung FL2 ausgeführte po­ tentielle Trennstelle zwischen zweitem und drittem Transistor aufgetrennt, so daß keine leitende Verbindung besteht. Eine weitere Schmelzverbindung beziehungsweise fusible link FL1 zwischen erstem und zweitem Transistor T1, T2 ist im Ausfüh­ rungsbeispiel nicht aufgetrennt. Die Schmelzverbindungen FL1, FL2 können beispielsweise mittels Laser oder durch eine ge­ wollte elektrische Überbeanspruchung aufgetrennt werden.

Da die Gateanschlüsse der Transistoren T1, T2, T3 fest mit dem Fehlerverstärker FV verbunden sind, wird durch ein Auf­ trennen der Schmelzverbindungen FL1, FL2 nicht die Regelcha­ rakteristik des Regelkreises beeinflußt. Denn für den Regel­ kreis stellt das Längselement LE die elektrische Last dar, welche insbesondere eine kapazitive Last ist. Die Steuereingänge der Transistoren T1, T2, T3 des Längselements LE sind jedoch stets fest mit dem Ausgang des Fehlerverstärkers ver­ bunden. Dennoch ist mit den Schmelzverbindungen FL1, FL2 die Stromstärke und damit die Treiberfähigkeit der Spannungsrege­ lungsschaltung in Abhängigkeit von der am Anschluß zur Be­ reitstellung der geregelten Spannung UG anschließbaren elek­ trischen Last einstellbar. Die mit den Schmelzverbindungen FL1, FL2 einstellbare Treiberfähigkeit kann auch als Einstel­ len der Kanalweite eines einzigen Ersatztransistors im Längselement LE interpretiert werden.

Anstelle der beschriebenen, drei lastseitig paral­ lelschaltbaren Transistoren T1, T2, T3 können auch lediglich zwei Transistoren T1, T2 vorgesehen sein oder es können be­ liebig viele weitere Transistoren vorgesehen sein. Entspre­ chend der Zahl der weiteren Transistoren können weitere Schmelzverbindungen vorgesehen sein. Dabei ist es denkbar, daß mit einer einzigen Schmelzverbindung jeweils eine Gruppe von Transistoren lastseitig zu- oder abschaltbar ist. Neben der gezeigten Verwendung von P-Kanal-Feldeffekttransistoren können auch N-Kanal-Transitoren oder, mit leichten Modifika­ tionen, welche im Rahmen der Erfindung liegen, auch Bipolar- Transistoren verwendet werden. An den Anschluß zur Bereit­ stellung der geregelten Spannung UG können vorzugsweise DRAM- Speicherzellen angeschlossen werden, vorzugsweise mit einer Speicherkapazität zwischen 4 und 16 Megabit.

Mit der beschriebenen Spannungsregelungsschaltung ist dabei eine einfache Anpassung der Treiberfähigkeit an die zu ver­ sorgende elektrische Last beziehungsweise an die Anzahl der anzuschließenden Speicherzellen gewährleistet.

Claims (3)

1. Spannungsregelungsschaltung, insbesondere für Halblei­ terspeicher, mit einem Referenzspannungsgenerator (RG), der an einen Eingang zur Zuführung einer ungeregelten Spannung (UU) angeschlossen ist und eine Referenzspannung (UR) bereit­ stellt, einem Längselement (LE), das an den Eingang zur Zu­ führung der ungeregelten Spannung (UU) angeschlossen ist und an seinem Ausgang eine geregelte Spannung (UG) bereitstellt und einem Fehlerverstärker (FV), der eingangsseitig mit dem Referenzspannungsgenerator (RG) verbunden und mit dem Ausgang des Längselements (LE) gekoppelt und ausgangsseitig an einen Steuereingang des Längselements (LE) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Längselement (LE) einen ersten Transistor (T1) und einen zweiten Transistor (T2) umfaßt, deren Steuereingänge mit dem Eingang des Längselements verbunden sind und bei denen die gesteuerte Strecke zumindest eines Transistors (T2) trennbar mit dem Ausgang des Längselements (LE) gekoppelt ist.

2. Spannungsregelungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längselement (LE) zumindest ein schmelzbares Verbindungs­ element (FL1) umfaßt, das den Ausgang des Längselements (LE) mit der gesteuerten Strecke des zweiten Transistors (T2) kop­ pelt.

3. Spannungsregelungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (T1, T2) P-Kanal-Feldeffekttransistoren sind.