DE102005057129A1

DE102005057129A1 - Control circuit, differential amplifier and threshold control method for a transistor has series circuit with length of controllable resistance and signal reader

Info

Publication number: DE102005057129A1
Application number: DE200510057129
Authority: DE
Inventors: Hari Bilash Dubey
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-05-31

Abstract

A control circuit for an electrical parameter in an integrated semiconductor component comprises an electronic component (210) with substrate connection (212), potential connections (V1,V2), control potential connection and a series circuit (110) with two resistances (112,113) and a length of controllable resistance (111) connected to the control potential. The series circuit is switched between the potential connections and a signal reader (114) between the resistances connects to a control signal output giving the control voltage to the substrate connection. Independent claims are also included for the following: (A) A differential amplifier;and (B) A threshold control method for a transistor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Steuerung einer Schwellenspannung eines Transistors. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Differenzverstärker mit der Schaltungsanordnung sowie eine Verwendung der Schaltungsanordnung.The The invention relates to a circuit arrangement and a method for Control of a threshold voltage of a transistor. The invention further relates to a differential amplifier with the circuit arrangement and a use of the circuit arrangement.

Bei vielen Anwendungen im Bereich der Speichertechnologie ist es notwendig, mit immer höheren Schaltfrequenzen und immer kleineren Spannungspegeln der logischen Signale zu arbeiten. Oft müssen Signale mit geringen Signalpegeln auf Signale mit höheren CMOS-Pegeln umgesetzt werden. Dies erfolgt häufig mit Differenzverstärkern, die Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren umfassen. Die dabei auftretende Umschaltung der Transistoren von einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand ist abhängig von einer Schwellenspannung. Diese wird bei einem Transistor von mehreren Faktoren bestimmt. Darunter fallen beispielsweise der Herstellungsprozess, eine anliegende Versorgungsspannung und die Temperatur des Halbleiters. Die aufgeführten Faktoren werden auch als Prozess-Parameter bezeichnet. Schwankungen an der Versorgungsspannung oder der Temperatur führen zu einer Änderung der Schwellenspannung. Damit ändert sich aber bei Ansteuerung mit Logiksignalen auch der Umschaltzeitpunkt eines Transistors und es kommt zu Jitter, also zu zeitlichen Abweichungen gegenüber einem vorgegebenen Takt, oder zu einer Änderung des Tastverhältnisses, engl.: duty cycle. Eventuell variiert die Schwellenspannung auch derart, dass es bei zu kleinen Eingangspegeln zu keiner Umschaltung mehr vom hochohmigen in einen niederohmigen Zu stand kommt und somit ein Pegel nicht erkannt wird. Dies tritt insbesondere bei höheren Frequenzen auf.at many applications in the field of storage technology it is necessary with ever higher Switching frequencies and ever smaller voltage levels of the logical Signals to work. Often need Signals with low signal levels on signals with higher CMOS levels be implemented. This is done frequently with differential amplifiers, the field effect transistors or bipolar transistors include. The occurring switching of the transistors of a high-impedance in a low-impedance state is dependent on a threshold voltage. These is determined by a number of factors in a transistor. among them For example, the manufacturing process, an applied supply voltage and the temperature of the semiconductor. The listed factors are also referred to as process parameters. Fluctuations in the supply voltage or the temperature lead to a change the threshold voltage. With that changes But when switching with logic signals and the switching time a transistor and it comes to jitter, so to temporal variations across from a predetermined clock, or a change in the duty cycle, English: duty cycle. Eventually, the threshold voltage also varies such that there is no switching at too low input levels from a high-impedance to a low-resistance state and thus Level is not detected. This occurs especially at higher frequencies on.

Die US 2005/0052219 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Regelkreis, in der eine Regelung der Substratspannung eines Transistors, englisch: body-bias regulation, erfolgt. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung mehrere Differenzverstärker und Schaltkreise, die bei Implementierung auf einem Halbleiterkörper entsprechend viel Platz benötigen. Die vielen benötigten Schaltkreise bewirken zudem, dass die Anpassung der Substratspannung relativ langsam erfolgt.The US 2005/0052219 shows a circuit arrangement with a control loop, in a regulation of the substrate voltage of a transistor, English: body-bias regulation. In this case, the circuit arrangement comprises several differential amplifiers and Circuits corresponding to when implemented on a semiconductor body need a lot of space. The many needed Circuits also cause the adjustment of the substrate voltage relatively slow.

5 zeigt einen Differenzverstärker, wie er beispielsweise der US 6,166,969 entnommen werden kann. Der Differenzverstärker 200 umfasst zwei Signalpfade mit je einem n-Kanal-Feldeffekttransistar 210, 220 und je einem p-Kanal-Feldeffekttransistor 230, 240, die zusammen einen Stromspiegel bilden. Über die Steuereingänge 211, 221 der Transistoren 210, 220 werden dem Differenzverstärker 200 Eingangssignale zugeführt. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 200 kann am Signalausgang 250 abgegriffen werden. Wenn die Steuereingänge 211, 221 direkt mit Anschlussstellen außerhalb des Halbleiterkörpers verbunden sind, besteht die Gefahr einer Überspannung, die durch elektrostatische Effekte hervorgerufen wird und zu einer Zerstörung des Transistors führen kann. Diesem Problem wird mit dem Einsatz von Transistoren mit einer dickeren Oxid-Schicht unterhalb des Gates begegnet. Diese sind dadurch geschützter gegen Überspannungen, es müssen in der Regel aber auch höhere Spannungen an die Steueranschlüsse der Transistoren gelegt werden, um einen leitenden Kanal unterhalb der Oxid-Schicht zu erzeugen. Dies führt zu einer höheren Schwellenspannung und ungünstigerem Schaltverhalten. 5 shows a differential amplifier, as he, for example, the US 6,166,969 can be removed. The differential amplifier 200 comprises two signal paths, each with an n-channel field effect transistor 210 . 220 and one p-channel field effect transistor each 230 . 240 , which together form a current mirror. About the control inputs 211 . 221 the transistors 210 . 220 be the differential amplifier 200 Input signals supplied. The output signal of the differential amplifier 200 can at the signal output 250 be tapped. When the control inputs 211 . 221 are directly connected to connection points outside the semiconductor body, there is a risk of overvoltage, which is caused by electrostatic effects and can lead to destruction of the transistor. This problem is addressed by the use of transistors with a thicker oxide layer below the gate. These are thus protected against overvoltages, but usually higher voltages must be applied to the control terminals of the transistors to produce a conductive channel below the oxide layer. This leads to a higher threshold voltage and less favorable switching behavior.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren anzugeben, mit dem die Schaltgeschwindigkeit und die Schaltgenauigkeit eines Transistors verbessert wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Differenzverstärker mit geringem Jitter anzugeben. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung für die Schaltungsanordnung aufzuzeigen.task The invention is a circuit arrangement and a method specify the switching speed and the switching accuracy a transistor is improved. Another object of the invention is it, a differential amplifier with low jitter. In addition, it is an object of the invention a use for to show the circuit arrangement.

Diese Aufgabe wird in den Gegenständen der unabhängigen, nebengeordneten Patentansprüche 1, 13, 15 und 16 gelöst. Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is in the objects of independent, ancillary claims 1, 13, 15 and 16 solved. Embodiments and developments of the invention are the subject of Dependent claims.

Bezüglich der Schaltungsanordnung wird die Aufgabe gelöst mit einer Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Schwellenspannung eines Transistors durch Zuführung einer Steuerspannung an einen Substratanschluss des Transistors. Die Schaltungsanordnung umfasst einen ersten und einen zweiten Potenzialanschluss, einen Steuerpotenzialanschluss und eine Serienschaltung mit wenigsten zwei Widerständen und einer Strecke mit steuerbarem Widerstandswert. Die Strecke weist einen Steueranschluss zur Steuerung des Widerstandswerts auf, der mit dem Steuerpotenzialanschluss gekoppelt ist. Die Serienschaltung ist zwischen den ersten und den zweiten Potenzialanschluss geschaltet. Zudem umfasst die Schaltungsanordnung einen Signalabgriff zwischen den zwei Widerständen, der mit einem Steuersignalausgang, der zur Abgabe der Steuerspannung an den Substratanschluss ausgebildet ist, gekoppelt ist. Dabei kann die Strecke beispielsweise zwischen die zwei Widerstände geschaltet sein.Regarding the Circuit arrangement, the object is achieved with a circuit arrangement for controlling a threshold voltage of a transistor by supplying a Control voltage to a substrate terminal of the transistor. The circuit arrangement includes a first and a second potential terminal, a Control potential connection and a series connection with the least two resistors and a track with controllable resistance. The route points a control terminal for controlling the resistance, the is coupled to the control potential connection. The series connection is connected between the first and the second potential connection. In addition, the circuit arrangement comprises a signal tap between the two resistors, with a control signal output, which is used to deliver the control voltage the substrate terminal is formed, is coupled. It can For example, the route is switched between the two resistors be.

Die Serienschaltung bildet in Verbindung mit dem Signalabgriff einen Spannungsteiler, dessen Teilerverhältnis von den zwei Widerständen und dem Widerstandswert der Strecke abhängt. Durch Zuführung eines Potenzials an den Steuerpotenzialanschluss kann der Widerstandswert der Strecke gesteuert werden. Zudem kann eine Steuerung des Widerstandswerts der Strecke auch durch eine Veränderung der Potenziale, die dem ersten und dem zweiten Potenzialanschluss zugeführt werden, oder über eine Änderung der Temperatur erfolgen. Durch eine Veränderung des Widerstandswerts der Strecke verändert sich auch das Teilerverhältnis des Spannungsteilers und damit die Steuerspannung, die über den Steuersignalausgang an den Substratanschluss eines Transistors abgegeben wird. Da dadurch die Schwellenspannung des Transistors eingestellt wird, wird vorteilhaft die Schaltgeschwindigkeit und die Schaltgenauigkeit des Transistors verbessert.The series circuit, in conjunction with the signal tap, forms a voltage divider whose divider ratio depends on the two resistors and the resistance value of the circuit. By supplying a potential to the control potential terminal, the resistance value of the path can be controlled. In addition, a control of the resistance value of the route can also by a Veran the potentials supplied to the first and the second potential connection or via a change in the temperature. By changing the resistance value of the path, the divider ratio of the voltage divider and thus the control voltage, which is output via the control signal output to the substrate terminal of a transistor, also changes. Since this sets the threshold voltage of the transistor, the switching speed and the switching accuracy of the transistor are advantageously improved.

In einem Aspekt der Erfindung umfasst die Schaltungsanordnung weiterhin einen dritten Potenzialanschluss und einen Ladungsspeicher, der einerseits an dem Signalabgriff und andererseits an den dritten Potenzialanschluss angeschlossen ist. Der Ladungsspeicher kann als Kondensator ausgeführt sein und dient als Tiefpassfilter, der die Steuerspannung von Störungen wie z.B. Rauschen frei machen soll. Der dritte Potenzialanschluss kann beispielsweise mit dem ersten oder dem zweiten Potenzialanschluss gekoppelt sein.In In one aspect of the invention, the circuit arrangement further comprises a third potential terminal and a charge storage, the on the one hand on the signal tap and on the other hand on the third Potential connection is connected. The charge storage can as Be performed capacitor and serves as a low-pass filter, which controls the voltage of interference e.g. To clear noise. The third potential connection can For example, with the first or the second potential connection be coupled.

In einem anderen Aspekt der Erfindung ist zwischen dem Signalabgriff und dem Steuersignalausgang eine Verstärkungseinrichtung mit festem Verstärkungsfaktor geschaltet. Beispielsweise weist die Verstärkungseinrichtung einen Spannungsverstärkungsfaktor von 1 auf und dient dazu, die Stromtragefähigkeit der Schaltungsanordnung zu erhöhen, d.h. die Steuerspannung unabhängig von angeschlossenen Verbrauchern zu machen.In Another aspect of the invention is between the signal tap and the control signal output, a fixed gain amplifying means connected. For example, the amplification device has a voltage amplification factor of 1 and serves to the current carrying capacity of the circuit to increase, i. the control voltage independent of connected consumers.

Die Strecke kann als n-Kanal- oder p-Kanal-Feldeffekttransistor, als npn- oder pnp-Bipolartransistor oder als anderes Transistorbauteil ausgeführt sein.The Range can be used as n-channel or p-channel field effect transistor, as npn or pnp bipolar transistor or as another transistor device accomplished be.

In weiteren Aspekten der Erfindung ist dem ersten Potenzialanschluss ein Massepotenzial und dem zweiten Potenzialanschluss eine Versorgungsspannung zuführbar oder dem ersten Potenzialanschluss ist eine Versorgungsspannung und dem zweiten Potenzialanschluss ein Massepotenzial zuführbar. Der Steuerpotenzialanschluss kann mit dem ersten oder mit dem zweiten Potenzialanschluss gekoppelt sein.In Further aspects of the invention is the first potential connection a ground potential and the second potential terminal a supply voltage supplied or the first potential connection is a supply voltage and the second potential terminal, a ground potential can be supplied. Of the Control potential connection can be with the first or the second Be coupled potential terminal.

Da durch die Schaltungsanordnung die Schwellenspannung eines Transistors gesteuert wird, die aufgrund von Änderungen der anliegenden Versorgungsspannung oder der Temperatur variiert, ist es vorteilhaft, für die Strecke einen Transistor einzusetzen, der den gleichen Variationen ausgesetzt ist. So bietet es sich an, dass der gesteuerte Transistor und der Transistor in der Serienschaltung vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind, also jeweils n-Kanal- oder p-Kanal-Feldeffekttransistoren, oder gleiche Majoritätsladungsträger aufweisen, also jeweils npn- oder pnp-Bipolartransistoren. Wenn ein gesteuerter Transistor und ein Transistor in der Serienschaltung gemeinsam in einem Halbleiterkörper ausgeführt sind, sollten beide Transistoren in dem selben Schritt des Herstellungsprozesses gefertigt werden.There by the circuit arrangement, the threshold voltage of a transistor is controlled due to changes in the applied supply voltage or the temperature varies, it is beneficial for the track to use a transistor that is subjected to the same variations. So it makes sense that the controlled transistor and the transistor in the series circuit of the same conductivity type, ie in each case have n-channel or p-channel field-effect transistors, or equal majority charge carriers, in each case npn or pnp bipolar transistors. When a controlled transistor and a transistor in the series circuit are implemented together in a semiconductor body, Both transistors should be in the same step of the manufacturing process be made.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Differenzverstärker mit einer Schaltungsanordnung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Der Differenzverstärker umfasst wenigstens zwei Signalpfade mit jeweils mindestens einem Transistor, jeweils aufweisend den Substratanschluss zur Steuerung der Schwellenspannung und einem Steueranschluss zur Zuführung eines Eingangssignals. Die Signalpfade sind jeweils mit einem ersten Anschluss an einen Versorgungsanschluss und mit einem zweiten Anschluss über einen gemeinsamen Knoten an eine Stromquelle gekoppelt. Die Substratanschlüsse der Transistoren sind mit dem Steuersignalausgang der Schaltungsanordnung gekoppelt. Der Differenzverstärker weist wenigstens einen Signalausgang auf, der mit einem der Signalpfade gekoppelt ist.The Task is still solved through a differential amplifier with a circuit arrangement according to one of the described embodiments. The differential amplifier comprises at least two signal paths, each with at least one Transistor, each having the substrate terminal for control the threshold voltage and a control terminal for supplying a Input signal. The signal paths are each with a first connection to a supply connection and to a second connection via a common node coupled to a power source. The substrate connections of Transistors are connected to the control signal output of the circuit arrangement coupled. The differential amplifier has at least one signal output connected to one of the signal paths is coupled.

Durch die Steuerspannung kann die Schwellenspannung der Transistoren des Differenzverstärkers eingestellt werden. Damit kann ein Pegel definiert werden, der von einem am Steueranschluss des Transistors anliegenden Eingangssignal überschritten werden muss, um ein sicheres Umschalten des Transistors vom hochohmigen in einen niederohmigen Zustand zu erreichen. Auch bei Änderung der Versorgungsspannung oder der Temperatur kann dieser definierte Pegel durch eine Veränderung der Steuerspannung beibehalten werden. Dadurch ist auch der Umschaltzeitpunkt definiert und es kommt zu weniger Abweichungen von einem Tastverhältnis und einem vorgegebenen Takt, also zu weniger Jitter.By the control voltage can be the threshold voltage of the transistors of the differential amplifier be set. This can be used to define a level of exceeded an applied to the control terminal of the transistor input signal must be in order to safely switch the transistor from the high-impedance to reach a low-resistance state. Even with change the supply voltage or the temperature can be defined this Level through a change the control voltage can be maintained. This is also the switching time defined and there are fewer deviations from a duty cycle and a given clock, so less jitter.

In einem Aspekt der Erfindung ist die Strecke der Schaltungsanordnung als Transistor ausgeführt und die Transistoren des Differenzverstärkers und der Transistor der Schaltungsanordnung sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp oder weisen gleiche Majoritätsladungsträger auf.In One aspect of the invention is the route of the circuit arrangement designed as a transistor and the transistors of the differential amplifier and the transistor of Circuitry are of the same conductivity type or have the same Majority carrier on.

Dadurch ändern sich die Transistoren des Differenzverstärkers und der Transistor der Schaltungsanordnung bei Änderung der anliegenden Spannung oder der Temperatur in gleicher Weise. Damit variiert auch die Steuerspannung entsprechend.This will change the transistors of the differential amplifier and the transistor of Circuit arrangement on change the applied voltage or the temperature in the same way. In order to also varies the control voltage accordingly.

Die Schaltungsanordnung kann in einer der dargestellten Ausführungsformen in einem DRAM-Speicher oder zur Ansteuerung von Transistoren in einem Leseverstärker, englisch: sense amplifier, für Speicher verwendet werden.The Circuit arrangement can in one of the illustrated embodiments in a DRAM memory or for driving transistors in a sense amplifier, english: sense amplifier, for Memory to be used.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer Schwellenspannung eines Transistors, das die Schritte umfasst:

– Bereitstellen eines Spannungsteilers mit einer Strecke mit steuerbarer Leitfähigkeit und zwei Widerständen derart, dass sich ein Teilerverhältnis des Spannungsteilers in Abhängigkeit einer Änderung der Leitfähigkeit der Strecke verändert;
– Einstellen der Leitfähigkeit der Strecke;
– Ändern der Leitfähigkeit der Strecke;
– Erzeugen einer aus einer Versorgungsspannung abgeleiteten Steuerspannung durch den Spannungsteiler;
– Anpassen der Schwellenspannung eines Transistors durch Zuführen der Steuerspannung an einen Substratanschluss des Transistors.

Regarding the method becomes the task solved by a method for controlling a threshold voltage of a transistor comprising the steps of:

- Providing a voltage divider with a path of controllable conductivity and two resistors such that a divider ratio of the voltage divider varies in response to a change in the conductivity of the route;
- adjusting the conductivity of the track;
- change the conductivity of the track;
Generating a control voltage derived from a supply voltage by the voltage divider;
- Adjusting the threshold voltage of a transistor by supplying the control voltage to a substrate terminal of the transistor.

Bei dem Verfahren kann für die Strecke mit steuerbarer Leitfähigkeit auch ein Transistor eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Leitfähigkeit der Strecke durch Zuführen eines bestimmten Potenzials an den Steueranschluss des Transistors eingestellt werden. Das Ändern der Leitfähigkeit der Strecke bzw. des Transistors kann beispielsweise in Antwort auf eine Änderung an der Versorgungsspannung erfolgen. Ebenso kann die Änderung der Leitfähigkeit in Antwort auf eine Änderung der Temperatur eintreten. Durch den Spannungsteiler wird aus der Versorgungsspannung eine Steuerspannung abgeleitet, die mit der Änderung der Leitfähigkeit der Strecke, bzw. des Transistors variiert. Dadurch wird die Schwellenspannung eines Tran sistors angepasst, dem die Steuerspannung an einen Substratanschluss zugeführt wird.at The method can be used for the controllable conductivity circuit is also a transistor be used. For example, the conductivity of the route can be increased by supplying a certain potential set to the control terminal of the transistor become. Change this the conductivity the path or the transistor, for example, in response on a change take place at the supply voltage. Likewise, the change the conductivity in response to a change enter the temperature. The voltage divider turns off the supply voltage derived a control voltage that coincides with the change in conductivity the distance, or the transistor varies. This will cause the threshold voltage a Tran sistors adapted to the control voltage to a substrate terminal supplied becomes.

In einem Aspekt der Erfindung kann der Schritt des Erzeugens das Herausfiltern von Störungen und das Verstärken der Steuerspannung mit einem festen Verstärkungsfaktor umfassen.In In one aspect of the invention, the step of generating may filter out of disorders and amplifying the control voltage with a fixed amplification factor.

Die Anordnung und die gesteuerten Bauelemente können getrennt oder zusammen in einem Halbleiterkörper ausgeführt sein, beispielsweise auf der Basis von Silizium oder Galliumarsenid.The Arrangement and the controlled components can be separated or together in a semiconductor body accomplished be, for example based on silicon or gallium arsenide.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert.in the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments explained in detail on the drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 1 an embodiment of the circuit arrangement according to the invention,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Differenzverstärker mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 2 a first embodiment of a differential amplifier with the circuit arrangement according to the invention,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Differenzverstärker mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, 3 A second exemplary embodiment of a differential amplifier with the circuit arrangement according to the invention,

4 ein Diagramm mit Abweichungen des Tastverhältnisses bei verschiedenen Prozess-Parametern mit und ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips, 4 a diagram with deviations of the duty cycle at different process parameters with and without application of the principle according to the invention,

5 eine bekannte Ausführungsform eines Differenzverstärkers. 5 a known embodiment of a differential amplifier.

1 zeigt eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100, die die Schwellenspannung eines Transistors 210 steuert. Die Schaltungsanordnung 100 umfasst eine Serienschaltung 110, die eine Strecke 111 mit steuerbarem Widerstandswert und zwei Widerstände 112, 113 umfasst und zwischen Potenzialanschlüsse V1 und V2 geschaltet ist. Die Strecke 111 weist zudem einen Steueranschluss 115 auf. Zwischen dem Widerstand 112 und der Strecke 111 findet sich ein Signalabgriff 114, an dem ein Ladungsspeicher 120 angeschlossen ist. An seinem anderen Ende ist der Ladungsspeicher 120 mit einem Potenzialanschluss V3 verbunden. Weiterhin ist an dem Signalabgriff 114 eine Verstärkungseinrichtung 130 angeschlossen, deren Ausgang derart auf einen Eingang zurückgeführt wird, dass sich ein Spannungsverstärkungsfaktor von 1 ergibt. Der Ausgang der Verstärkungseinrichtung 130 ist zugleich über den Steuersignalausgang 140 mit dem Substratanschluss 212 des Transistors 210 gekoppelt. Der Transistor 210 weist einen Steueranschluss 211 auf und ist an seinem Drain-Anschluss über einen Widerstand 213 mit einem Versorgungspotenzialanschluss VCC gekoppelt. Der Source-Anschluss des Transistors 210 ist mit Massepotenzial verbunden. 1 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention 100 , which is the threshold voltage of a transistor 210 controls. The circuit arrangement 100 includes a series connection 110 that a stretch 111 with controllable resistance and two resistors 112 . 113 includes and is connected between potential terminals V1 and V2. The distance 111 also has a control port 115 on. Between the resistance 112 and the track 111 there is a signal tap 114 at which a charge storage 120 connected. At its other end is the charge storage 120 connected to a potential terminal V3. Furthermore, at the signal tap 114 an amplification device 130 whose output is fed back to an input in such a way that a voltage amplification factor of 1 results. The output of the amplification device 130 is at the same time via the control signal output 140 with the substrate connection 212 of the transistor 210 coupled. The transistor 210 has a control connection 211 on and is at its drain connection via a resistor 213 coupled to a supply potential terminal VCC. The source terminal of the transistor 210 is connected to ground potential.

Über die Potenzialanschlüsse V1, V2 und V3 können der Schaltungsanordnung 100 Potenziale zugeführt werden. Beispielsweise sind die Potenzialanschlüsse V2 und V3 mit Massepotenzial und der Potenzialanschluss V1 mit einem Versorgungspotenzial verbunden. Dann resultiert die Steuerspannung aus dem Teilerverhältnis des in der Serienschaltung 110 gebildeten Spannungsteilers. Das Teilerverhältnis ergibt sich aus der Summe der Widerstandswerte der Strecke 111 und des Widerstands 113 im Verhältnis zur Summe der Widerstandswerte der Strecke 111 und der Widerstände 112 und 113. Bei einer Erhöhung des Widerstandswerts der Strecke 111 ergibt sich somit auch eine Erhöhung der Steuerspannung, die an den Substratanschluss 212 des Transistors 210 zugeführt wird. Die Erhöhung der Spannung am Substratanschluss führt in der Regel zu einer Verringerung der Schwellenspannung des Transistors 210.About the potential terminals V1, V2 and V3 of the circuit arrangement 100 Potentials are supplied. For example, the potential connections V2 and V3 are connected to ground potential and the potential connection V1 to a supply potential. Then, the control voltage results from the divider ratio of the series circuit 110 formed voltage divider. The divider ratio is the sum of the resistance values of the line 111 and the resistance 113 in proportion to the sum of the resistance values of the route 111 and the resistances 112 and 113 , With an increase in the resistance value of the route 111 Thus, there is also an increase in the control voltage that is applied to the substrate connection 212 of the transistor 210 is supplied. The increase in the voltage at the substrate connection usually leads to a reduction in the threshold voltage of the transistor 210 ,

Ein Ausführungsbeispiel für einen Differenzverstärker mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt 2. Funktions- bzw. wirkungsgleiche Bauelemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen.An embodiment of a differential amplifier with the circuit arrangement according to the invention shows 2 , Function or effect same components carry the same Bezugszei chen.

In der Schaltungsanordnung 100 ist die Strecke 111 als n-Kanal-Feldeffekttransistor ausgeführt, dessen Steueranschluss 115 mit einer Steuerspannungsquelle VS verbunden ist. Die n-Kanal-Feldeffekttransistoren 210 und 220 des Differenzverstärkers 200 sind an ihren Substratanschlüssen 212 und 222 mit dem Steuersignalausgang 140 gekoppelt. Sie weisen Steueranschlüsse 211 und 221 auf, die zur Zuführung von Eingangssignalen ausgebildet sind. Die p-Kanal-Feldeffekttransistoren 230 und 240 bilden mit ihren Steueranschlüssen 231 und 241 einen Stromspiegel. Über den Differenzausgang 250, der zwischen den Transistoren 220 und 240 angeschlossen ist, kann ein Ausgangssignal des Differenzverstärkers 200 abgegriffen werden.In the circuit arrangement 100 is the track 111 executed as an n-channel field effect transistor whose control terminal 115 is connected to a control voltage source VS. The n-channel field effect transistors 210 and 220 of the differential amplifier 200 are at their substrate connections 212 and 222 with the control signal output 140 coupled. They have control connections 211 and 221 on, which are designed to supply input signals. The p-channel field effect transistors 230 and 240 make up with their tax outlets 231 and 241 a current mirror. About the difference output 250 that is between the transistors 220 and 240 is connected, an output signal of the differential amplifier 200 be tapped.

Wenn die Versorgungsspannung VCC absinkt, erhöht sich der Widerstandswert des Transistors 111. Dadurch verändert sich das Teilerverhältnis des Spannungsteilers derart, dass die Steuerspannung am Steuersignalausgang 140 ansteigt. Ein Absinken der Versorgungsspannung VCC bewirkt aber auch eine Erhöhung des Widerstands und ein Ansteigen der Schwellenspannung der Transistoren 210 und 220. Durch eine Erhöhung der Steuerspannung an den Substratanschlüssen 212 und 222 wird jedoch eine Schwellenspannung der Transistoren 210 und 220 herunter ge setzt. Die beiden Effekte, das Erhöhen der Schwellenspannung durch das Absinken der Versorgungsspannung und das Verringern der Schwellenspannung durch das Ansteigen der Steuerspannung, heben sich gegenseitig auf, sodass die Schwellenspannung zuletzt unverändert bleibt.When the supply voltage VCC decreases, the resistance of the transistor increases 111 , As a result, the divider ratio of the voltage divider changes such that the control voltage at the control signal output 140 increases. However, a drop in the supply voltage VCC also causes an increase in the resistance and an increase in the threshold voltage of the transistors 210 and 220 , By increasing the control voltage at the substrate terminals 212 and 222 however, becomes a threshold voltage of the transistors 210 and 220 shut down. The two effects, increasing the threshold voltage by lowering the supply voltage and decreasing the threshold voltage by increasing the control voltage, cancel each other out so that the threshold voltage remains unchanged last.

Eine ähnliche Betrachtungsweise kann für eine Temperaturveränderung angewandt werden. Bei steigender Temperatur steigt sowohl der Widerstandswert der Transistoren 210 und 220 als auch der Widerstandswert des Transistors 111. Auch dies führt zu einer Erhöhung der Steuerspannung, wodurch ein Ansteigen der Schwellenspannung der Transistoren 210 und 220 ausgeglichen wird.A similar approach can be used for a temperature change. As the temperature increases, both the resistance of the transistors increases 210 and 220 as well as the resistance of the transistor 111 , This also leads to an increase in the control voltage, which causes an increase in the threshold voltage of the transistors 210 and 220 is compensated.

Somit kann auch beim Einsatz von Transistoren mit einer dicken Gate-Oxid-Schicht für die Transistoren 210 und 220 eine konstant kleine Schwellenspannung eingestellt werden. Die Strecke 111 ist sozusagen ein Sensor für Veränderungen der Temperatur und der Versorgungsspannung, hier ausgeführt als Transistor mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren 210 und 220, deren Substratspannung gesteuert wird.Thus, even with the use of transistors with a thick gate oxide layer for the transistors 210 and 220 a constant small threshold voltage can be set. The distance 111 is, so to speak, a sensor for changes in temperature and supply voltage, here embodied as a transistor of the same conductivity type as the transistors 210 and 220 whose substrate voltage is controlled.

Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Erhöhung der Substratspannung ergibt, ist eine Reduktion der Leckströme, die an der parasitären Diode entstehen, die bei Feldeffekt-Transistoren zwischen Substrat, englisch: Bulk, und Source gebildet ist. Durch eine geringere Spannungsdifferenz zwischen Substrat und Source des Feldeffekt-Transistors fließt auch ein geringerer Strom über die parasitäre Diode, was also zu einer Verringerung der Verlustleistung im Transistor führt.One further advantage, which results from the increase of the substrate voltage, is a reduction in leakage currents, those at the parasitic Diode arise in field effect transistors between substrate, English: Bulk, and source is formed. Due to a lower voltage difference between the substrate and source of the field effect transistor also flows lower power over the parasitic Diode, so what about a reduction in power dissipation in the transistor leads.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Differenzverstärkers mit der Schaltungsanordnung. Zusätzlich zu den in 2 gezeigten Elementen weist die 3 eine Schaltungsanordnung 300 auf, deren Funktion im Prinzip der Schaltungsanordnung 100 entspricht. Die Schaltungsanordnung 300 umfasst eine Serienschaltung 310 aus einem p-Kanal-Feldeffekttransistor 311 und zwei Widerständen 312 und 313. Der Transistor 311 ist an seinem Steueranschluss 315 mit Massepotenzial verbunden. Auch hier wird über die Serienschaltung 310 ein Spannungsteiler gebildet, von dem über einen Signalabgriff 314 eine Steuerspannung abgegriffen wird. Ein Ladungsspeicher 320, der zwischen den Signalabgriff 314 und das Massepotenzial geschaltet ist, dient zur Ableitung von Störungen. Der Signalabgriff 314 ist über die Verstärkungseinrichtung 330, die einen Verstärkungsfaktor von 1 aufweist, mit dem Steuersignalausgang 340 gekoppelt. Die Steuerspannung der Schaltungsanordnung 300 wird über den Steuersignalausgang 340 an die Substratanschlüsse 232 und 242 der p-Kanal-Feldeffekttransistoren 230 und 240 zugeführt. 3 shows a further embodiment of a differential amplifier with the circuit arrangement. In addition to the in 2 the elements shown has the 3 a circuit arrangement 300 on, whose function in principle of the circuit arrangement 100 equivalent. The circuit arrangement 300 includes a series connection 310 from a p-channel field effect transistor 311 and two resistors 312 and 313 , The transistor 311 is at his control terminal 315 connected to ground potential. Again, via the series circuit 310 a voltage divider is formed, from which via a signal tap 314 a control voltage is tapped. A charge storage 320 that is between the signal tap 314 and the ground potential is switched, serves to derive interference. The signal tap 314 is about the reinforcing device 330 , which has a gain of 1, with the control signal output 340 coupled. The control voltage of the circuit arrangement 300 is via the control signal output 340 to the substrate terminals 232 and 242 the p-channel field effect transistors 230 and 240 fed.

Während durch die Schaltungsanordnung 100 die Substratspannung der n-Kanal-Feldeffekttransistoren gesteuert wird, wird durch Schaltungsanordnung 300 die Substratspannung der p-Kanal-Feldeffekttransistoren gesteuert. Somit kann durch die Schaltungsanordnung 300 auch die Schwellenspannung der p-Kanal-Feldeffekttransistoren auf einem konstant niedrigen Wert gehalten werden. Zudem können auch für die p-Kanal-Feldeffekttransistoren Typen mit einer dicken Gate-Oxid-Schicht verwendet werden. Die Schaltgeschwindigkeit und Schaltgenauigkeit des Differenzverstärkers 200 sowie dessen Stromverbrauch werden verbessert.While through the circuit 100 the substrate voltage of the n-channel field effect transistors is controlled by circuitry 300 controlled the substrate voltage of the p-channel field effect transistors. Thus, by the circuit arrangement 300 Also, the threshold voltage of the p-channel field effect transistors are kept at a constant low value. In addition, types with a thick gate oxide layer can also be used for the p-channel field effect transistors. The switching speed and switching accuracy of the differential amplifier 200 as well as its power consumption are improved.

4 zeigt ein Diagramm mit Abweichungen des Tastverhältnisses bei verschiedenen Prozess-Parametern mit und ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips. An den Eingängen eines Differenzverstärkers wird ein getaktetes Signal mit einem Tastverhältnis von 1/2, entsprechend dem Verhältnis der Dauer des High-Pegels zur Periodendauer, angelegt. Dabei werden in dem Differenzverstärker für verschiedene Messungen die Spannung und die Temperatur variiert und Transistoren aus verschiedenen Herstellungsprozessen eingesetzt, d.h., es erfolgt eine Variation der Prozess-Parameter. Gemessen werden die zeitlichen Abweichungen der High-Pegel zwischen Eingangs- und Ausgangssignal und damit Abweichungen vom Tastverhältnis, die möglichst gering sein sollen. Die Messungen erfolgen sowohl ohne Anwendung der Erfindung, das Ergebnis gekennzeichnet mit einem Quadrat, als auch unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips, gekennzeichnet durch ein Dreieck. Auf der Achse A ist eine Veränderung der Prozess-Parameter, auf der Achse S die zeitliche Abweichung aufgetragen. 4 shows a diagram with deviations of the duty cycle at different process parameters with and without application of the principle of the invention. At the inputs of a differential amplifier, a clocked signal with a duty cycle of 1/2, corresponding to the ratio of the duration of the high level to the period is applied. In this case, the voltage and the temperature are varied in the differential amplifier for various measurements, and transistors from different production processes are used, ie a variation of the process parameters takes place. The time deviations of the high level between input and output signal and thus deviations from the duty cycle, which are measured should be as low as possible. The measurements are carried out both without application of the invention, the result marked with a square, as well as using the principle according to the invention, characterized by a triangle. A change in the process parameters is plotted on axis A, and the time deviation is plotted on axis S.

Man erkennt, dass die Abweichungen vom Tastverhältnis deutlich geringer sind, wenn die Substratspannung nach dem erfindungsgemäßen Prinzip durch die Steuerung variiert wird.you recognizes that the deviations from the duty cycle are significantly lower, if the substrate voltage according to the principle of the invention by the controller is varied.

100, 300:100 300:: Schaltungsanordnungcircuitry
110, 310:110 310:: Serienschaltungseries circuit
111, 311:111, 311:: Streckeroute
112, 113:112 113:: Widerstandresistance
312, 313:312 313:: Widerstandresistance
114, 314:114 314:: Signalabgriffsignal tap
115, 315:115 315:: Steueranschlusscontrol connection
120, 320:120 320:: Ladungsspeichercharge storage
130, 330:130 330:: Verstärkungseinrichtungreinforcing device
140, 340:140 340:: SteuersignalausgangControl signal output
200:200:: Differenzverstärkerdifferential amplifier
205:205:: Stromquellepower source
210, 220, 230, 240:210 220, 230, 240:: Transistortransistor
211, 221, 231, 241:211 221, 231, 241:: Steueranschlusscontrol connection
212, 222, 232, 242:212 222, 232, 242:: Substratanschlusssubstrate terminal
250:250:: Differenzausgangdifferential output
A:A:: Änderung Prozess-Parametermodification Process parameters
S:S:: Abweichung Tastverhältnisdeviation duty cycle
V1, V2, V3:V1, V2, V3:: Potenzialanschlusspotential terminal

VCC:VCC:: Versorgungspotenzialsupply potential
VS:VS:: SteuerspannungsquelleControl voltage source

Claims

Circuit arrangement for controlling an electrical parameter of an electronic component integrated in a semiconductor body, comprising: - an electronic component ( 210 ) with a substrate connection ( 212 ); A first and a second potential connection (V1, V2); - a control potential connection (VS); A series connection ( 110 ) with at least two resistors ( 112 . 113 ) and a route ( 111 ) with controllable resistance value, whereby the distance ( 111 ) a control terminal ( 115 ) for controlling the resistance value coupled to the control potential terminal (VS) and the series connection ( 110 ) is connected between the first and second potential terminals (V1, V2); - a signal tap ( 114 ) between the two resistors ( 112 . 113 ) connected to a control signal output ( 140 ), wherein the control signal output for outputting the control voltage to the substrate terminal ( 212 ) is trained.

Circuit arrangement according to Claim 1, in which the route ( 111 ) between the two resistors ( 112 . 113 ) is switched.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 2, in which the electronic component ( 210 ) is implemented with a transistor having a substrate connection ( 212 ) having.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, further comprising a charge storage ( 120 ), on the one hand to the signal tap ( 114 ) and on the other hand connected to a third potential terminal (V3).

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 4, in which, between the signal tap ( 114 ) and the control signal output ( 140 ) an amplification device ( 130 ) is connected with a fixed amplification factor.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 5, in which the route ( 111 ) is implemented with an n-channel field effect transistor.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 5, in which the route ( 111 ) is implemented with a p-channel field effect transistor.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 5, in which the route ( 111 ) is implemented with an npn bipolar transistor.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 5, in which the route ( 111 ) is implemented with a PNP bipolar transistor.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9 - at the ground potential is supplied to the first potential terminal (V1); and - at the second potential terminal (V2) a supply voltage supplied is.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9 - at the first potential terminal (V1) a supply voltage supplied is; and - at the second potential terminal (V2) a ground potential can be fed.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 11, where the control potential connection (VS) with the first or the second potential terminal (V1, V2) is coupled.

Differential amplifier with a circuit arrangement according to one of claims 1 to 12, - in which the differential amplifier has a first and a second signal path, each having at least one transistor ( 210 . 220 ), each having a substrate connection ( 212 . 222 ) and a control terminal ( 211 . 221 ) for supplying an input signal; - Wherein the first and the second signal path each have a first coupled to a supply terminal (VCC) terminal; In which the first and the second signal path each have a second connection which is connected via a common node to a current source ( 205 ) are coupled; In which the differential amplifier has a signal output coupled to the second signal path ( 250 ) having; - wherein the electronic component ( 210 ) of the circuit arrangement ( 100 ) the at least one transistor ( 210 . 220 ) of the first and second signal paths.

Differential amplifier according to Claim 13, in which the link ( 111 ) of the circuit arrangement ( 100 ) is implemented with a transistor and the transistors ( 210 . 220 ) of the differential amplifier ( 200 ) and the transistor of the circuit arrangement ( 100 ) are of the same conductivity type or have the same majority charge carriers.

Use of a circuit arrangement according to a the claims 1 to 12 for driving transistors in a sense amplifier for memory.

Method for controlling a threshold voltage a transistor comprising the steps: - Providing a voltage divider with a path with controllable conductivity and two resistors such, that is a divider ratio of the voltage divider in dependence a change the conductivity the route changed; - To adjust the conductivity the way; - Change the conductivity the way; - Produce a derived from a supply voltage control voltage through the voltage divider; - Adjust the threshold voltage a transistor by supplying the control voltage to a substrate terminal of the transistor.

The method of claim 16, wherein changing the conductivity in response to a change the supply voltage takes place.

A method according to any one of claims 16 to 17, wherein changing the conductivity in response to a change the temperature takes place.

A method according to any one of claims 16 to 18, wherein the Step of generating the filtering out of disturbances and amplifying the Control voltage with a fixed amplification factor includes.