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Die Erfindung betrifft einen Auffrischungssteuerschaltkreis.
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Eine Zelleneinheit eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff (Dynamic-Random-Access-Memory, DRAM) besteht typischerweise aus einem einzelnen Transistor und einem einzelnen Speicherkondensator, um einen hohen Integrationsgrad zu erreichen. Ein anfänglicher Betrag einer elektrischen Ladung in dem Speicherkondensator kann durch einen von dem Transistor hervorgerufenen Leckstrom reduziert werden. Dies bedeutet, dass Daten, die in der Zelleneinheit des DRAM gespeichert sind, unabsichtlich verloren gehen können. Um den Datenverlust zu vermeiden, kann ein DRAM einen Auffrischungsvorgang vornehmen. Im Detail liest das DRAM periodisch die in der Zelleneinheit gespeicherten Daten aus und beschreibt den Speicherkondensator mit einer elektrischen Ladung entsprechend den ausgelesenen Daten. Dieser Vorgang wird als Auffrischungsvorgang bzw. Auffrischungsoperation bezeichnet.
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Gleichwohl kann das DRAM weder eine Leseoperation noch eine Schreiboperation durchführen, wenn es einen Auffrischungsvorgang vornimmt. Dadurch kann eine externe Einrichtung während des Auffrischungsvorgangs nicht auf das DRAM zugreifen, was zu einer Verschlechterung der Gesamtleistungsfähigkeit des DRAM führt.
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Wenn die Betriebstemperatur des DRAM zunimmt, reduziert sich die Zeit, während der die Daten in den Speicherkondensatoren der DRAM-Zellen bewahrt bzw. gespeichert werden. Umgekehrt verlängert sich die Zeit, während der die Daten in den Speicherkondensatoren der DRAM-Zellen bewahrt bzw. gespeichert werden können, wenn die Temperatur des DRAM abnimmt. Deshalb muss bei einer Erhöhung der Temperatur der DRAM-Zellen eine häufigere Auffrischung des DRAM vorgenommen werden, um einen Verlust der gespeicherten Daten zu verhindern.
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Gleichwohl ist in einem konventionellen DRAM der Auffrischungszyklus bzw. die Auffrischungsperiodendauer entsprechend der geringsten Datenspeicherungszeit bestimmt. Die kürzeste Datenspeicherungszeit tritt auf, wenn das DRAM bei seiner höchsten Betriebstemperatur, beispielsweise bei ungefähr 125°C, betrieben wird. Der in dieser Weise bestimmte Auffrischungsperiodendauer bzw. Auffrischungsperiode wird für das DRAM über seinen gesamten Betriebstemperaturbereich angewandt.
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Wenn der Auffrischungsvorgang innerhalb des Auffrischungszyklus vorgenommen wird, der anhand der höchsten Temperatur, bei der das DRAM betrieben werden kann, bestimmt ist, führt das DRAM bei einem Betrieb bei einer niedrigeren Temperatur unnötig häufig Auffrischungsvorgänge durch. Derartige unnötige Auffrischungsvorgänge bei niedrigeren Temperaturen können einen erhöhten Stromverbrauch und eine reduzierte Leistung des DRAM bewirken.
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Die
US 2002/0018387 A1 zeigt einen Auffrischungssteuerschaltkreis, mittels dem ein Selbstauffrischungszyklus temperaturabhängig variiert werden kann.
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Die
DE 100 21 085 C1 zeigt eine Refresh-Ansteuerschaltung mit einem Refresh-Signalgenerator zum Erzeugen einer kontinuierlichen Abfolge von Refresh-Signalen mit einer Frequenz, die mit sinkender Temperatur abnimmt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Auffrischungssteuerschaltkreis zur Verfügung zu stellen, der eine erhöhte Leistungsfähigkeit und einen geringeren Stromverbrauch aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Auffrischungssteuerschaltkreis nach Anspruch 1 gelöst.
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Der Wortlaut der Unteransprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Gegenstand der Beschreibung gemacht.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Auffrischungssteuerschaltkreis bereit, mit dem der Auffrischungszyklus bzw. die Auffrischungsperiode entsprechend einer Veränderung der Betriebstemperatur automatisch gesteuert werden kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Auffrischungssteuerschaltkreis bereit, der in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung eine automatische Anpassung des Auffrischungszyklus bzw. der Auffrischungsperiode vornimmt.
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Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Auffrischungssteuerschaltkreis bereit, der einen Energieverbrauch eines Halbleiterspeicherbauelements reduziert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Zeichnungen zeigen:
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1 ein Schaltbild eines Auffrischungssteuerschaltkreises,
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2 ein Blockdiagramm einer Ringoszillatoreinheit in dem Auffrischungssteuerschaltkreis von 1,
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3 ein Schaltbild eines Oszillatoreinheitschaltkreises der Ringoszillatoreinheit von 2,
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4 ein Schaltbild eines weiteren Auffrischungssteuerschaltkreises,
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5 ein Blockschaltbild eines Ringoszillators des Auffrischungssteuerschaltkreises von 4,
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6 ein Schaltbild eines Oszillatoreinheitschaltkreises der Ringoszillatoreinheit von 5,
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7 ein Schaltbild eines Auffrischungssteuerschaltkreises gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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8 ein Blockdiagramm eines Ringoszillators des Auffrischungssteuerschaltkreises von 7,
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9 ein Schaltbild eines Oszillatoreinheitschaltkreises der Ringoszillatoreinheit von 8,
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10A–10D Signalverlaufsdiagramme von Simulationsergebnissen eines Ausgangsspannungssignals des Auffrischungssteuerschaltkreises von 7,
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11 ein Schaltbild eines Auffrischungssteuerschaltkreises mit einem Zähler gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Wenn innerhalb der nachfolgenden Beschreibung ein Element als „verbunden” oder „gekoppelt” mit einem weiteren Element beschrieben wird, kann eine direkte Kopplung bzw. Verbindung an das andere Element vorgesehen sein oder es können dazwischen angeordnete bzw. eingeschleifte Elemente vorliegen. Wird ein Element jedoch als direkt verbunden” oder „direkt gekoppelt” an ein weiteres Element beschrieben, sind keine dazwischen liegenden Elemente vorgesehen. Andere Ausdrucksweisen zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen (z. B. „zwischen”, „direkt zwischen”, „benachbart” – „direkt benachbart”, etc.) sollen in sinngemäßer Weise verstanden werden.
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1 zeigt ein Schaltbild eines Auffrischungssteuerschaltkreises. Gemäß 1 umfasst der Auffrischungssteuerschaltkreis einen Referenzspanugserzeugungsschaltkreis 110 und eine Ringoszillatoreinheit 120. Weiterhin kann der Auffrischungssteuerschalkreis einen Inverter 130 für die Invertierung eines Ausgangssignals VOSC der Ringoszillatoreinheit 120 und für die Erhöhung einer Stromtreiberfähigkeit aufweisen.
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Der Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 110 erzeugt eine Referenzspannung VRP basierend auf einer Veränderung einer Drain-Source-Spannung (Vds) eines Feldeffekttransistors (FET), die in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur der Einheit variiert. Beispielsweise nimmt die Referenzspannung als Reaktion auf einen Anstieg der Betriebstemperatur ab. Die Ringoszillatoreinheit 120 erzeugt ein Pulssignal VOSC mit einer Periode, die als Reaktion auf die Veränderung der Temperatur basierend auf der Referenzspannung VRP variiert.
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Der Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 110 umfasst einen PMOS-Transistor MP1, Widerstände R1 und R2 und einen NMOS-Transistor MN1.
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Der PMOS-Transistor MP1 umfasst einen Source-Anschluss, der mit einer Versorgungsspannung VDD verbunden bzw. gekoppelt ist, und einen Gate Anschluss, der mit der Massespannung verbunden bzw. gekoppelt ist. Der Widerstand R1 ist zwischen einen Drain-Anschluss des PMOS-Transistors MP1 und einen Knoten N1 eingeschleift. Der Widerstand R2 weist einen ersten Anschluss auf, der mit dem Knoten N1 verbunden ist. Der NMOS-Transistor MN1 umfasst Drain-Anschlüsse und Gate Anschlüsse, die gemeinsam mit einem zweiten Anschluss des Widerstands R2 verbunden sind, sowie einen Source Anschluss, der mit der Massespannung verbunden ist. Die Referenzspannung VRP wird an dem Knoten N1 ausgegeben.
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Die Funktion des Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 110 wird nachfolgend beschrieben.
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Wenn die Betriebstemperatur des PMOS-Transistors MP1 erhöht wird, reduziert sich ein Absolutwert seiner Schwellenspannung gegenüber seiner Schwellenspannung bei geringerer Betriebstemperatur. Deswegen steigen bei einem Temperaturanstieg ein Drain-Strom und eine Drain-Source-Spannung (Vds) des PMOS-Transistors MP1 an. Folglich sinkt der am Knoten N1 ausgegebene Spannungspegel der Referenzspannung VRP, wenn die Temperatur ansteigt. Die Widerstände R1 und R2 werden eingesetzt, um den Stromverbrauch des Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 110 zu reduzieren und um die Referenzspannung VRP zu stabilisieren. Wenn die Betriebstemperatur ansteigt, kommt es zudem zu einer weiteren Reduzierung des Spannungspotentials der am Knoten N1 ausgegebenen Referenzspannung VRP, da der Absolutwert der Schwellenspannung des diodengekoppelten NMOS-Transistors MN1 sinkt.
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2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ringoszillatoreinheit 120 in dem Auffrischungssteuerschaltkreis von 1 darstellt. Gemäß der 1 enthält die Ringoszillatoreinheit 120 eine Mehrzahl von Oszillatoreinheitschaltkreisen 121, 122 und 123, die kaskadiert miteinander verbunden sind.
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Ein jeweiliger Oszillatoreinheitschaltkreis 121, 122 und 123 gibt ein Pulssignal mit einer vorgegebenen Periode bzw. Periodendauer aus, die auf der Referenzspannung VRP basiert. Das Ausgangspulssignal wird nachfolgenden bzw. nachgeschalteten Oszillatoreinheitschaltkreisen 121, 122, 123 zur Verfügung gestellt. In einer Ausführungsform kann die Ringoszillatoreinheit 120N Oszillatoreinheitschaltkreise enthalten, wobei N eine ungerade Zahl größer als 3 ist.
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3 ist ein Schaltbild, das einen Oszillatoreinheitschaltkreis zeigt, der in der Ringoszillatoreinheit 120 von 2 enthalten ist. Gemäß der 3 enthält jeder der Oszillatoreinheitschaltkreise 121, 122 oder 123 PMOS-Transistoren MP2, MP3 und MP4 und einen NMOS-Transistor MN2. Zusätzlich kann jeder Oszillatoreinheitschaltkreis 121, 122 und 123 optional Kondensatoren 311 und 312 enthalten.
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Ein erster PMOS-Transistor MP2 weist einen Source-Anschluss, der mit einer Versorgungsspannung (VDD) gekoppelt ist, und einen Gate-Anschluss auf, an den die Referenzspannung VRP angelegt ist. Ein zweiter PMOS-Transistor MP3 hat einen Source-Anschluss, der an einen Drain-Anschluss des ersten PMOS-Transistors MP2 angeschlossen ist, und einen Gate-Anschluss, der mit einem Eingangsanschluss 313 verbunden ist. Ein dritter PMOS-Transistor MP4 hat einen Source-Anschluss, der an einen Drain-Anschluss des zweiten PMOS-Transistors MP3 angeschlossen ist, einen Gate-Anschluss, an den die Referenzspannung VRP angelegt bzw. eingegeben wird, sowie einen Drain-Anschluss, der an einen Ausgangsanschluss Z 314 angeschlossen ist. Der NMOS-Transistor hat einen Drain-Anschluss, der mit dem Ausgangsanschluss 314 verbunden ist, einen Gate-Anschluss, der mit dem Eingangsanschluss 313 verbunden ist, sowie einen Source-Anschluss, der mit Masse verbunden ist. Die Kondensatoren 311 und 312 umfassen MOS-Transistoren und werden für eine Stabilisierung eines Ausgangssignals Z eingesetzt, das am Ausgangsanschluss 314 ausgegeben wird.
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Ein Betrieb des Auffrischungssteuerschaltkreises gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 3 näher beschrieben.
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Die Referenzspannung VRP als Ausgangssignal des Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 110 nimmt ab, wenn die Betriebstemperatur der Einheit bzw. des Bauelements zunimmt. Wenn die Referenzspannung VRP abnimmt, werden die PMOS-Transistoren MP2 und MP4 in der Oszillatorschaltungseinheit von 3 schneller angeschaltet, um einen Strom zu liefern. Dadurch wechselt das Ausgangssignal Z des Oszillatoreinheitschaltkreises schneller von einem logischen „low”-Zustand auf einen logischen high”-Zustand. Deswegen reduziert der Auffrischungssteuerschaltkreis von 1 die Periode seines Ausgangssignals VOUT, wenn die Temperatur ansteigt.
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4 ist ein Schaltbild, das einen weiteren Auffrischungssteuerschaltkreis zeigt. Gemäß der 4 enthält der Auffrischungssteuerschaltkreis einen Referenzspannungserzeugungsschatkreis 210 und eine Ringoszillatoreinheit 220. Zusätzlich kann der Auffrischungssteuerschaltkreis einen Inverter 230 aufweisen, der für eine Invertierung des Ausgangssignals VOSC der Ringoszillatoreinheit 220 und zur Steigerung einer Stromtreiberfähigkeit vorgesehen ist.
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Ein Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 210 erzeugt eine Referenzspannung VRN, die als Reaktion auf eine steigende Betriebstemperatur basierend auf einer Veränderung einer Drain-Source-Spannung (Vds) eines Feldeffekttransistors zunimmt, wobei die Drain-Source-Spannung als Reaktion auf einen Anstieg der Betriebstemperatur variiert. Die Ringoszillatoreinheit 220 erzeugt das Pulssignal VOSC mit einer Periodendauer, die in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung basierend auf der Referenzspannung VRN variiert.
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Die Funktion des Referenzspannungszerzeugungsschaltkreises 210 wird nun beschrieben.
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Wenn die Betriebstemperatur ansteigt, sinkt der Absolutwert der Schwellenspannung eines NMOS-Transistors MN1 im Vergleich zu einem Fall ab, wenn dieser bei einer niedrigeren Temperatur betrieben wird. Deswegen steigt bei höherer Betriebstemperatur der Drain-Strom eines NMOS-Transistors MN3 an und die Drain-Source-Spannung (Vds) des NMOS-Transistors MN3 nimmt zu.
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Wenn die Betriebstemperatur zunimmt, steigt die am Knoten N1 bereitgestellte Referenzspannung VRN an. Widerstände R3 und R4 werden eingesetzt, um den vom Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 210 verbrauchten Strom zu reduzieren und um die am Knoten N1 ausgegebene Referenzspannung VRN zu stabilisieren.
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Zusätzlich sinkt bei einem Anstieg der Betriebstemperatur der Absolutwert der Schwellenspannung des diodengekopppelten PMOS-Transistors MP5, so dass eine Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung an dem Knoten N2 und einer Versorgungsspannung abnimmt. Deswegen nimmt die am Knoten N2 ausgegebene Referenzspannung VRN weiter zu.
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5 ist ein Blockdiagramm, das eine Ringoszillatoreinheit 220 des Auffrischungssteuerschaltkreises von 4 zeigt. Gemäß der 5 enthält die Ringoszillatoreinheit 220 eine Mehrzahl von Oszillatoreinheitschaltkreisen 221, 222 und 223, die kaskadiert miteinander gekoppelt sind.
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Jeder der Oszillatoreinheitschaltkreise 221, 222 und 223 gibt ein Pulssignal mit einer vorgegebenen, von der Referenzspannung VRN abhängigen Periode aus. Das Ausgangspulssignal wird einem nachfolgenden Oszillatoreinheitschaltkreis zur Verfügung gestellt. Alternativ kann die Ringoszillatoreinheit 220 M Oszillatoreinheitschaltkreise enthalten, wobei M eine ungerade Zahl größer als 3 ist.
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6 ist ein Schaltbild, das die Oszillatoreinheitschaltkreise 221, 222 oder 223 der Ringoszillatoreinheit von 5 darstellt. Bezugnehmend auf 6 weist jeder Oszillatoreinheitschaltkreis 221, 222 und 223 einen PMOS-Transistor MP5 und NMOS-Transistoren MN3, MN4 und MN5 auf. Zusätzlich kann jeder Oszillatoreinheitschaltkreis 221, 222 und 223 Kondensatoren 611 und 612 enthalten.
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Der PMOS-Transistor MP5 umfasst einen Source-Anschluss, der an eine Versorgungsspannung VDD angeschlossen ist, einen Gate-Anschluss, der mit einem Eingangsanschluss A 613 gekoppelt ist, und einen Drain-Anschluss, der an einen Ausgangsanschluss Z 614 angeschlossen ist. Ein erster NMOS-Transistor MN3 umfasst einen Drain-Anschluss, der mit dem Ausgangsanschluss Z 614 verbunden ist, und einen Gate-Anschluss, an den die Referenzspannung VRN angelegt ist. Ein zweiter NMOS-Transistor MN4 hat einen Drain-Anschluss, der an einen Source Anschluss des ersten NMOS-Transistors MN3 angeschlossen ist, und einen Gate-Anschluss, der mit dem Eingangsanschluss 613 gekoppelt ist. Ein dritter NMOS-Transistor MN5 umfasst einen Drain-Anschluss, der an einen Source-Anschluss des zweiten NMOS-Transistors MN4 angeschlossen ist, einen Gate Anschluss, an dem die Referenzspannung VRN anliegt, und einen Source Anschluss, der mit der Massespannung verbunden ist. Die Kondensatoren 611 und 612, die beispielsweise MOS-Transistoren umfassen, werden zur Stabilisierung des Signals Z verwendet, das am Ausgangsanschluss 614 ausgegeben wird.
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Ein Betrieb des Auffrischungssteuerschaltkreises wird unter Bezug auf 4 bis 6 näher beschrieben.
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Die Referenzspannung VRN, die durch den Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 210 ausgegeben wird, erhöht sich bei einem Anstieg der Betriebstemperatur. Wenn die Referenzspannung VRN zunimmt, schalten die NMOS-Transistoren MN4 und MN5 der Oszillatoreinheitschaltkreise 221, 222 oder 223 von 6 schneller ein, um einen Strom zur Verfügung zu stellen. Deswegen wechselt das Ausgangssignal Z der Oszillatoreinheitschaltkreise 221, 222 oder 223 schneller von einem logischen „low”-Zustand auf einen logischen „high”-Zustand. Damit reduziert der Auffrischungssteuerschaltkreis von 4 die Dauer bzw. Periodendauer seines Ausgangssignals VOUT, wenn die Betriebstemperatur ansteigt.
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7 ist ein Schaltbild, das einen Auffrischungssteuersschaltkreis gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt. Gemäß 7 weist der Auffrischungssteuerschaltkreis einen ersten Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 110, einen zweiten Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 210 und eine Ringoszillatoreinheit 320 auf. Weiterhin kann der Auffrischungssteuerschaltkreis einen optionalen Inverter 330 aufweisen, um das Ausgangssignal VOSC des Ringoszillators 320 zu invertieren und eine Stromtreiberfähigkeit zu erhöhen.
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Der erste Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 110 erzeugt eine erste Referenzspannung VRP, die in Abhängigkeit von einer Zunahme der Betriebstemperatur basierend auf einer Veränderung einer Drain-Source-Spannung (Vds) eines Feldeffekttransistors sinkt, wobei die Drain-Source-Spannung temperaturabhängig ist.
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Ein zweiter Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 210 erzeugt eine zweite Referenzspannung VRN, die in Abhängigkeit von einer Zunahme der Betriebstemperatur basierend auf einer Veränderung einer Drain-Source-Spannung (Vds) eines Feldeffekttransistors zunimmt, wobei die Drain-Source-Spannung temperaturabhängig ist.
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Die Ringoszillatoreinheit 320 erzeugt das Pulssignal VOSC mit einer Periode bzw. Periodendauer, die entsprechend einer Temperaturänderung basierend auf der ersten Referenzspannung VRP und der zweiten Referenzspannung VRN variiert.
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Ein Betrieb des ersten Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 110 wird nun beschrieben.
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Wenn die Betriebstemperatur ansteigt, nimmt ein Absolutwert einer Schwellenspannung des PMOS-Transistors MP1 relativ zu seiner Schwellenspannung bei geringerer Temperatur ab. Deswegen nehmen bei einer Zunahme der Temperatur ein Drain-Strom des PMOS-Transistors MP1 und eine Drain-Source-Spannung (Vds) des PMOS-Transistors MP1 zu. Somit nimmt die ausgegebene Referenzspannung VRP ab, wenn die Temperatur zunimmt.
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Ein Betrieb des zweiten Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 210 wird nachfolgend beschrieben.
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Wenn die Betriebstemperatur zunimmt, sinkt ein Absolutwert einer Schwellenspannung des NMOS-Transistors MN3 relativ zu seiner Schwellenspannung bei geringerer Temperatur ab. Deswegen nimmt ein Drain-Strom eines NMOS-Transistors MN3 und eine Drain-Source-Spannung (Vds) des NMOS-Transistors MN3 zu, wenn die Temperatur ansteigt. Wenn die Betriebstemperatur zunimmt, nimmt folglich die ausgegebene Referenzspannung VRN zu.
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8 ist ein Blockdiagramm, das eine Ringoszillatoreinheit 320 des Auffrischungssteuerschaltkreises von 7 darstellt. Gemäß 8 umfasst die Ringoszillatoreinheit 320 eine Mehrzahl von Oszillatoreinheitschaltkreisen 321, 322 und 323, die kaskadiert miteinander gekoppelt sind. Jeder Oszillatoreinheitschaltkreis 321, 322 und 323 gibt ein Pulssignal mit einer vorbestimmten Periode aus, die auf der Referenzspannung VRP und der Referenzspannung VRN basiert. Dabei wird das ausgegebene Pulssignal einer nachfolgenden bzw. nachgeschalteten Oszillatorschaltungseinheit zur Verfügung gestellt. Alternativ kann die Ringoszillatoreinheit 320K Oszillatoreinheitschaltkreise aufweisen, wobei K eine ungerade Zahl größer als 3 ist.
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9 ist ein Schaltbild, das einen Oszillatoreinheitschaltkreis 321, 322 oder 323 der Ringoszillatoreinheit von 8 zeigt. Gemäß 9 weist jeder Oszillatoreinheitschaltkreis 321, 322 und 323 PMOS-Transistoren MP11, MP12 und MP13 sowie NMOS-Transistoren MN11, MN12 und MN13 auf. Außerdem enthält jeder Oszillatoreinheitschaltkreis 321, 322 und 323 Kondensatoren 911 und 912.
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Ein erster PMOS-Transistor MP11 umfasst einen Source-Anschluss, der an die Versorgungsspannung (VDD) angeschlossen ist, und einen Gate-Anschluss, an den die Referenzspannung VRP angelegt ist. Ein zweiter PMOS-Transistor MP12 umfasst einen Source-Anschluss, der an einen Drain-Anschluss des ersten PMOS-Transistors MP11 angeschlossen ist, sowie einen Gate-Anschluss, der an einen Eingangsanschluss A 913 angeschlossen ist. Ein dritter PMOS-Transistor MP13 umfasst einen Source-Anschluss, der an einen Drain-Anschluss des zweiten PMOS-Transistors MP12 angeschlossen ist, einen Gate-Anschluss, an den die Referenzspannung VRP angelegt ist, und einen Drain-Anschluss, der an einen Ausgangsanschluss Z 914 gekoppelt ist. Ein erster NMOS-Transistor MN11 umfasst einen Drain-Anschluss, der an den Ausgangsanschluss Z 914 angeschlossen ist, sowie einen Gate-Anschluss, an den die Referenzspannung VRN angelegt ist. Ein zweiter NMOS-Transistor MN12 umfasst einen Drain-Anschluss, der an einen Source-Anschluss des ersten NMOS-Transistors MN11 angeschlossen ist, sowie einen Gate-Anschluss, der an den Eingangsanschluss A 913 angeschlossen ist. Ein dritter NMOS-Transistor MN13 umfasst einen Drain-Anschluss, der an den Source-Anschluss des zweiten NMOS-Transistors MN12 angeschlossen ist, einen Gate-Anschluss, an den die Referenzspannung VRN angelegt ist, und einen mit dem Massespannungsniveau verbundenen Source-Anschluss. Die Kondensatoren 911 und 912 umfassenden MOS-Transistoren und dienen zum Stabilisieren des am Ausgangsanschluss 914 ausgegebenen Signals Z.
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Ein Betrieb des Auffrischungssteuerschaltkreises gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezug auf 7 bis 9 nachfolgend beschrieben.
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Die Referenzspannung VRP, die als Ausgangssignal des ersten Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 110 bereit gestellt wird, sinkt, wenn die Betriebstemperatur des Bauelements zunimmt. Wenn die Referenzspannung VRP sinkt, werden die PMOS-Transistoren MP11 und MP13 in dem Oszillatoreinheitschaltkreis 321, 322 oder 323 gemäß 9 schneller angeschaltet, um einen Strom zur Verfügung zu stellen. Dadurch wechselt das Ausgangssignal Z des Oszillatoreinheitschaltkreises 321, 322 oder 323 schneller von einem logischen „low”-Zustand zu einem logischen „high”-Zustand.
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Die Referenzspannung VRP, die als Ausgangssignal des zweiten Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 210 bereitgestellt wird, steigt, wenn die Temperatur ansteigt. Wenn die Referenzspannung VRN ansteigt, werden die NMOS-Transistoren MN11 und MN13 in dem Oszillatoreinheitschaltkreis 321, 322 oder 323 von 9 schneller angeschaltet, um einen Storm bereitzustellen. Dadurch wechselt das Ausgangssignal Z des Oszillatoreinheitschaltkreises 321, 322 oder 323 schneller von einem logischen „low”-Zustand auf einen logischen „high”-Zustand.
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Damit kann der Auffrischungssteuerschaltkreis gemäß 7 eine Dauer bzw. Periodendauer seines Ausgangssignals VOUT reduzieren, wenn die Betriebstemperatur steigt.
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Die Widerstände R1, R2 und die Widerstände R3, R4 werden benutzt, um jeweils den von den Referenzspannungserzeugungsschaltkreisen 110 und 210 verbrauchten Strom zu reduzieren und um die Referenzspannung VRP und die Referenzspannung VRN, die als Ausgangsignale der Referenzspannungserzeugungsschaltkreise 110 bzw. 210 bereit gestellt werden, zu stabilisieren.
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Wenn die Temperatur zunimmt, wird der Absolutwert der Schwellenspannung des diodengekoppelten NMOS-Transistors MN1 reduziert, so dass das Spannungspotential an dem Ausgangsknoten des ersten Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 110 reduziert wird. Entsprechend wird die Referenzspannung VRP weiter reduziert.
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Zudem wird bei einem Temperaturanstieg der Absolutwert einer Schwellenspannung eines diodengekoppelten PMOS-Transistors MP5 reduziert, so dass das Spannungspotential am Ausgangsknoten des zweiten Referenzspannungserzeugungsschaltkreises 210 reduziert wird. Entsprechend wird die Referenzspannung VRN weiter angehoben.
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10A bis 10D sind Signalverlaufsdiagramme, die Simulationsergebnisse eines Ausgangsspannungssignals des Auffrischungssteuerschaltkreises von 7 darstellen. Gemäß der 10A bis 10D hat ein Ausgangssignal des Auffrischungssteuerschaltkreises in 7 eine Periode bzw. Periodendauer von ungefähr 89,92 μs bei einer Temperatur von –45°C, von ungefähr 29,82 μs bei einer Temperatur von 0°C, von ungefähr 18,42 μs bei einer Temperatur von 30°C und von ungefähr 7,86 μs bei einer Temperatur von 125°C. Hieraus geht hervor, dass der Auffrischungszyklus bzw. die Auffrischungszykluszeit automatisch verkürzt wird, wenn die Temperatur zunimmt.
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11 ist ein Schaltbild eines Auffrischungssteuerschaltkreises, bei dem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Zähler vorgesehen ist. Gemäß der 11 umfasst der Auffrischungssteuerschaltkreis einen Referenzspannungserzeugungsschaltkreis 410, eine Ringoszillatoreinheit 420 und einen Zähler 430.
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Die Referenzspannungserzeugungseinheit 410 erzeugt eine Referenzspannung VREF basierend auf einer Drain-Source-Spannung (Vds) eines Feldeffekttransistors (FET), die in Abhängigkeit von einer Veränderung der Betriebstemperatur variiert. Zum Beispiel nimmt die Referenzspannung VREF bei einer Zunahme der Betriebstemperatur ab.
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Die Ringoszillatoreinheit 420 erzeugt ein Pulssignal VOSC mit einer Periode, die entsprechend der Temperaturänderung basierend auf der Referenzspannung VREF variiert. Der Zähler 430 wird benutzt, um die Periode des Ausgangssignals VOSC der Ringoszillatoreinheit 420 zu verlängern und um ein Auffrischungssignal REFRESH für die Auffrischung eines DRAM-Speichers zu erzeugen. Der Zähler 430 wird benutzt, um die Periode des Ausgangssignals VOSC der Ringoszillatoreinheit 420 zu verlängern, da die Periode des Ausgangssignals der Ringoszillatoreinheit 420 eine in Mikrosekunden (μs) ausgedrückte Einheit ist, während in einer tatsächlichen Ausführungsform die Periode des Auffrischungszyklus, innerhalb dessen eine Speicherzelle des DRAM aufgefrischt wird, in Millisekunden(ms)-Einheiten ausgedrückt wird.
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Wie oben beschrieben, steuern der Auffrischungssteuerschaltkreis und das Auffrischungssteuerverfahren gemäß der Erfindung den Auffrischungszyklus bzw. die Auffrischungszykluszeit oder die Auffrischungsperiode automatisch in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur. Zudem wird der Stromverbrauch in einem Halbleiterspeicherbauelement reduziert.
