DE10335010B4

DE10335010B4 - Interne Spannungsgeneratorschaltung

Info

Publication number: DE10335010B4
Application number: DE10335010A
Authority: DE
Inventors: Sung-Hee Gyeonggi Cho
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: DE10335010A1; FR2842964A1; KR20040009857A; FR2842964B1; US20040017183A1; US6936998B2; KR100460458B1

Abstract

Generatorschaltung für eine interne Spannung mit
– einem Spannungsteiler (140), der dafür ausgelegt ist, einen Pegel einer internen Spannung (IVC) zu teilen, sodass eine geteilte interne Spannung (DIV_IVC) erzeugt wird;
– einem Komparator (610), der mit einer externen Spannung (EXT_VDD) als einer Eingangsspannung und mit der internen Spannung (IVC) als einer weiteren Eingangsspannung verbunden und dafür ausgelegt ist, die geteilte interne Spannung (DIV_IVC) mit einer Referenzspannung (VREF) zu vergleichen und ein Vergleichsausgangssignal (DA_OUT) zu erzeugen und an einem Ausgang bereitzustellen sowie an einem Knoten (A) die höhere der beiden Eingangsspannungen bereitzustellen und zur Bereitstellung eines hohen Spannungspegels des Vergleichsausgangssignals (DA_OUT) abhängig vom Vergleich der geteilten internen Spannung (DIV_IVC) mit der Referenzspannung (VREF) den Ausgang mit diesem Knoten (A) zu verbinden, und
– einem Treiber (620), der das Vergleichsausgangssignal (DA_OUT) des Komparators (610) empfängt und dafür ausgelegt ist, die interne Spannung (IVC) über einen zugehörigen Versorgungspfad mit der...

Description

Die Erfindung betrifft eine Generatorschaltung für eine interne Spannung unter Verwendung einer zugeführten externen Spannung.
Herkömmlicherweise wird eine höhere, von einer externen Quelle zur Verfügung gestellte Spannung in einem Halbleiterbaustein verkleinert, um eine niedrigere interne Spannung zu erzeugen und damit einen niedrigeren Energieverbrauch im Halbleiterbaustein zu erzielen. 1 zeigt ein Schaltbild eines typischen herkömmlichen Generators einer internen Spannung. Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der interne Spannungsgenerator 100 einen Referenzspannungsgenerator 110, einen Komparator 120, einen Treiber 130, einen Spannungsteiler 140 und einen Kondensator 150. Der in 2 im Detail dargestellte Referenzspannungsgenerator 110 teilt eine externe Spannung EXT_VDD, um eine Referenzspannung VREF zu erzeugen. Der Komparator 120 vergleicht die Referenzspannung VREF mit einer geteilten internen Spannung DIV_IVC, die vom Spannungsteiler 140 zur Verfügung gestellt wird, und treibt basierend auf dem Vergleichsergebnis den Treiber 130.
Der Komparator 120 wird hierbei, wie aus 3 genauer ersichtlich ist, die ein Schaltbild des Komparators 120 zeigt, mit der externen Spannung EXT_VDD versorgt und umfasst einen Differenzverstärker und vergleicht die geteilte interne Spannung DIV_IVC mit der Referenzspannung VREF. Die geteilte interne Spannung DIV_IVC wird in Abhängigkeit der Widerstandswerte von Widerständen R11 und R12 des Spannungsteilers 140 durch Teilen einer internen Spannung IVC erzeugt. Ist die geteilte interne Spannung DIV_IVC niedriger als die Referenzspannung VREF, dann hat das Ausgangssignal DA_OUT des Komparators 120 einen niedrigen Pegel. Ist die geteilte interne Spannung DIV_IVC höher als die Referenzspannung VREF, dann hat das Ausgangssignal DA_OUT des Komparators 120 einen hohen Pegel.
Der Treiber 130 aus 1 umfasst einen PMOS-Transistor MP11, dessen Volumengebiet mit der externen Spannung EXT_VDD verbunden ist und der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal DA_OUT des Komparators 120 die interne Spannung IVC mit der externen Spannung EXT_VDD versorgt. Ist das Ausgangssignal DA_OUT des Komparators 120 auf dem niedrigen Pegel, dann wird der PMOS-Transistor MP11 leitend geschaltet, um die interne Spannung IVC mit dem Spannungspegel der externen Spannung EXT_VDD zu erzeugen. Ist das Ausgangssignal DA_OUT des Komparators 120 auf dem hohen Pegel, dann wird der PMOS-Transistor MP11 sperrend geschaltet, um zu verhindern, dass die interne Spannung IVC mit der externen Spannung EXT_VDD versorgt wird. In diesem Fall wird der Pegel der internen Spannung IVC vom im Kondensator 150 gespeicherten Spannungspegel gehalten.
4 zeigt einen Funktionsverlauf des integrierten Spannungsgenerators 100. Wie aus 4 ersichtlich ist, wird bei einem ansteigenden Pegel der externen Spannung EXT_VDD die interne Spannung IVC zunächst entsprechend ansteigend erzeugt. Dies kommt dadurch zustande, dass der PMOS-Transistor MP11 des Treibers 130 in Reaktion auf den niedrigen Pegel des Ausgangssignals DA_OUT des Komparators 120 leitend geschaltet wird. Übersteigt die externe Spannung EXT_VDD einen bestimmten Spannungspegel, dann bleibt die interne Spannung auf einem konstanten Wert. Dies kommt dadurch zustande, dass der PMOS-Transistor MP11 des Treibers 130 in Reaktion auf den hohen Pegel des Ausgangssignals DA_OUT des Komparators 120 sperrend geschaltet wird.
Jedoch hat der interne Spannungsgenerator 100 die Unzulänglichkeit, dass der Spannungspegel der internen Spannung IVC in Reaktion auf einen Störimpuls sofort verändert wird, der durch eine Spannungspegelfluktuation der externen Spannung EXT_VDD verursacht werden kann. Diese Unzulänglichkeit wird unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschrieben. 5A zeigt die interne Spannung IVC, wenn ein positiver Spannungsstörimpuls in der externen Spannung EXT_VDD auftritt. Als Folge bleibt der Spannungspegel der internen Spannung IVC auf einem stabilen Pegel. 5B zeigt jedoch die interne Spannung, wenn ein negativer Spannungsstörimpuls in der externen Spannung EXT_VDD auftritt. Im dargestellten Beispiel nimmt der Spannungspegel der externen Spannung EXT_VDD einen Wert IVC-Vt an, wobei Vt eine Schwellwertspannung des PMOS-Transistors MP11 ist. Der PMOS-Transistor MP11 des Treibers 130 wird dadurch leitend geschaltet. Die durch den aktivierten PMOS-Transistor MP11 erzeugte interne Spannung IVC fällt entsprechend dem Störimpuls der externen Spannung EXT_VDD ab, wodurch, wie dargestellt ist, eine temporäre Änderung des Spannungspegels der internen Spannung IVC hervorgerufen wird. Durch die veränderte interne Spannung IVC kann eine Fehlfunktion des Halbleiterbausteins auftreten.
In der Offenlegungsschrift JP 05-127764 A ist ein Spannungsregler mit einem Referenzspannungsblock, einem Fehlerverstärker, einer Vorladeschaltung, einem Ausgangstransistor, einem Phasenkorrekturkondensator und einem Widerstands-Spannungsteiler offenbart. Eine Eingangsspannung wird dem Referenzspannungsblock und dem Fehlerverstärker zugeführt. Dem Fehlerverstärker wird außerdem die Spannung am Mittelabgriff des Spannungsteilers zugeführt. Eine Gateelektrode des Ausgangstransistors liegt über den Phasenkorrekturkondensator an Masse, und ein Knoten zwischen dem Ausgangstransistor und dem Phasenkorrekturkondensator ist mit einem weiteren Anschluss des Fehlerverstärkers verbunden, wodurch letzterer mittels einer Konstantstromquelle den Phasenkorrekturkondensator laden kann. Die Verschaltung ist im übrigen so gewählt, dass beim Einschalten, d. h. einem plötzlichen Anstieg der Eingangsspannung, die Ausgangsspannung gleichmäßig ansteigt.
In der Patentschrift US 6.020.761 A ist ein Eingangspuffer für ein integriertes Schaltkreisspeicherbauelement beschrieben, der sowohl unter LVTTL- als auch unter SSTL-Bedingungen betrieben werden kann und hierzu einen Differenzverstärker und Schaltmittel aufweist. Der Differenzverstärker verstärkt die Differenz zwischen einer zugeführten Referenzspannung und einer zugeführten externen Eingangsspannung. Die Schaltmittel dienen dazu, dem Differenzverstärker unter SSTL-Bedingungen eine externe Versorgungsspannung und unter LVTTL-Bedingungen eine interne Versorgungsspannung über je einen zugehörigen Eingang zuzuführen, die durch einen internen Versorgungsspannungsgenerator aus der externen Versorgungsspannung erzeugt wird.
In der Offenlegungsschrift US 2002/0008500 A1 ist ein integrierter Halbleiterschaltkreis mit interner Versorgungsspannungserzeugung beschrieben, wobei eine zugeführte Systemversorgungsspannung direkt zur Versorgung eines internen Schaltkreises benutzt wird, wenn sie nicht höher als eine Durchschlagspannung des internen Schaltkreises ist. Andernfalls wird die extern zugeführte Systemversorgungsspannung erniedrigt, um eine interne Versorgungsspannung für den internen Schaltkreis bereitzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine interne Spannungsgeneratorschaltung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, eine interne Spannung ohne Störimpulse zu erzeugen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen interne Spannungsgeneratorschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Durch den erfindungsgemäßen internen Spannungsgenerator wird ein höherer Spannungspegel entweder von einer externen oder einer internen Spannung als Versorgungsquelle für einen Komparator benutzt, wodurch ein interner Spannungspegel stabil konstant gehalten wird, auch für den Fall, dass ein Störimpuls auftritt, der die externe Spannung unter die interne Spannung absenkt.
Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläuterten, herkömmlichen Schaltungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
1 ein Schaltbild eines herkömmlichen internen Spannungsgenerators;
2 ein Schaltbild eines Referenzspannungsgenerators aus 1;
3 ein Schaltbild eines Komparators aus 1;
4 ein Diagramm eines Funktionsverlaufs des internen Spannungsgenerators aus 1;
5A und 5B Betriebssignalverläufe des internen Spannungsgenerators aus 1, wenn ein positiver bzw. negativer externer Spannungsstörimpuls auftritt;
6 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen internen Spannungsgenerators;
7 ein Schaltbild eines Komparators für den internen Spannungsgenerator von 6; und
8A und 8B Betriebssignalverläufe des internen Spannungsgenerators aus 6, wenn ein positiver bzw. negativer externer Spannungsstörimpuls erzeugt wird.
6 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Generators 600 einer internen Spannung IVC. Wie aus 6 ersichtlich ist, umfasst die Generatorschaltung 600 für die interne Spannung IVC einen Komparator 610, beispielsweise in einer schaltungstechnischen Realisierung gemäß 7, und einen Treiber 620 mit einem PMOS-Transistor MP11, an den eine Sperrvorspannung von einem Knoten „A” des Komparators 610 aus 7 angelegt ist. Auf diese Weise kann eine stabile interne Spannung IVC erzeugt werden, auch wenn Störimpulse in der externen Spannung EXT_VDD auftreten.
Wie aus 7 ersichtlich ist, umfasst der Komparator 610 einen ersten bis fünften NMOS-Transistor MN71 bis MN75 und einen ersten und einen zweiten PMOS-Transistor MP71 und MP72. Der erste NMOS-Transistor MN71 ist als Transistor vom Diodentyp ausgeführt, wobei dessen Sourceanschluß mit der externen Spannung EXT_VDD verbunden ist. Der zweite NMOS-Transistor MN72 ist ebenfalls als Transistor vom Diodentyp ausgeführt, wobei dessen Sourceanschluß mit der internen Spannung IVC verbunden ist. Drainanschlüsse des ersten und zweiten NMOS-Transistors MN71 und MN72 sind mit dem Knoten „A” verbunden. Der erste und zweite NMOS-Transistor MN71 und MN72 sind als native Transistoren ausgeführt, deren Schwellenspannungen Vth einen Wert nahe 0 V haben. Ein Sourceanschluß und ein Volumengebiet des ersten PMOS-Transistors MP71 sind mit dem Knoten „A” verbunden und ein Drainanschluß und ein Gateanschluß des PMOS-Transistors MP71 sind miteinander verbunden. Ein Sourceanschluß und ein Volumengebiet des zweiten PMOS-Transistors MP72 sind mit dem Knoten „A” verbunden und ein Gateanschluß des PMOS-Transistors MP72 ist mit dem Gateanschluß des ersten PMOS-Transistors MP71 verbunden. Ein jeweiliger Sourceanschluß des dritten und des vierten NMOS-Transistors MN73 und MN74 ist mit einem Drainanschluß des ersten bzw. des zweiten PMOS-Transistors MP71, MP72 verbunden, ein Gateanschluß des dritten NMOS-Transistors MN73 ist mit einer geteilten internen Spannung DIV_IVC und ein Gateanschluß des vierten NMOS-Transistors MN74 ist mit einer Referenzspannung VREF verbunden. Der fünfte NMOS-Transistor MN75 ist zwischen den Drainanschlüssen des dritten und vierten NMOS-Transistors MN73 und MN74 einerseits und einer Massespannung andererseits eingeschleift. Ein Gateanschluß des fünften NMOS-Transistors ist mit einem Freigabesignal EN für den Komparator verbunden.
Die Funktionsweise des Komparators 610 wird nachfolgend beschrieben. Zunächst hat der Knoten „A” einen Spannungspegel der externen Spannung EXT_VDD, wenn die externe Spannung EXT_VDD höher ist als die interne Spannung IVC, beispielsweise bei einem Betrieb mit normalen Bedingungen. Der Komparator 610 vergleicht die geteilte interne Spannung DIV_IVC mit der Referenzspannung VREF, um ein Ausgangssignal DA_OUT zu erzeugen. Beispielsweise hat das Ausgangssignal DA_OUT einen niedrigen Pegel, wenn die geteilte interne Spannung DIV_IVC niedriger ist als die Referenzspannung VREF, und einen hohen Pegel, wenn die geteilte interne Spannung DIV_IVC größer ist als die Referenzspannung VREF. Die interne Spannung IVC wird in Reaktion auf das Ausgangssignal DA_OUT mit dem niedrigen Pegel der Massespannung durch Treiben des Treibers 620 aus 7 mit der externen Spannung EXT_VDD versorgt, um den Spannungspegel der herabgesetzten internen Spannung IVC zu ergänzen, beispielsweise durch das Treiben interner Schaltungsblöcke. Das Ausgangssignal DA_OUT auf dem hohen Pegel der externen Spannung EXT_VDD schaltet den PMOS-Transistor MP11 des Treibers 130 sperrend, so dass die interne Spannung IVC auf ihrem bisherigen Pegel bleibt. Auf diese Weise bleibt der Pegel der internen Spannung IVC auf einem konstanten Pegel.
Als nächstes wird ein Betrieb unter abnormalen Bedingungen beschrieben. Wenn ein Störimpuls mit einem Spannungspegel auftritt, der größer als ein normaler Spannungspegel der externen Spannung EXT_VDD ist, arbeitet die externe Spannung EXT_VDD im gleichen Zustand wie im normalen Zustand. Wie in 8A dargestellt ist, ist die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal DA_OUT des Komparators 610 erzeugte interne Spannung IVC stabil.
Wenn in der externen Spannung EXT_VDD ein Störimpuls mit einem Spannungspegel auftritt, der niedriger als die interne Spannung IVC ist, nimmt der Spannungspegel am Knoten „A” den Wert der internen Spannung IVC an. Nimmt der Spannungspegel des Ausgangssignals DA_OUT des Komparators 610 den hohen Pegel der internen Spannung IVC an, dann wird dadurch die interne Spannung IVC mit dem Gateanschluß des PMOS-Transistors MP11 des Treibers 620 verbunden, die externe Spannung EXT_VDD mit einem niedrigeren Spannungspegel als die interne Spannung IVC wird mit dem Sourceanschluß des Transistors MP11 verbunden, und der Drainanschluß des Transistors MP11 wird mit der internen Spannung IVC verbunden, wodurch der PMOS-Transistor MP11 sperrend geschaltet wird. Dadurch verbleibt unter diesen Umständen die interne Spannung IVC auf einem stabilen Pegel, weil der in der externen Spannung EXT_VDD erzeugte Störimpuls nicht zur internen Spannung IVC übertragen wird, auch wenn der Störimpuls einen Spannungspegel hat, der niedriger als die interne Spannung IVC ist. Der resultierende Signalverlauf ist in 8B dargestellt.
Andererseits nimmt der Spannungspegel des Ausgangssignals DA_OUT des Komparators 610 nicht den Massespannungspegel an. Das liegt daran, dass die interne Spannung IVC höher als die externe Spannung EXT_VDD ist, so dass die geteilte interne Spannung DIV_IVC nicht niedriger werden kann als die Referenzspannung VREF. Daraus resultiert, dass das Ausgangssignal DA_OUT des Komparators 610 keinen niedrigen Pegel hat.
Bei dem erfindungsgemäßen internen Spannungsgenerator wird ein Störimpuls, der dadurch entsteht, dass die externe Spannung EXT_VDD auf einen Pegel verkleinert wird, der unterhalb der internen Spannung IVC liegt, nicht auf die interne Spannung IVC übertragen, so dass die interne Spannung auf einem stabilen Spannungspegel bleibt. Der interne Spannungsgenerator 600 nutzt den höheren Pegel der externen und internen Spannung EXT_VDD und IVC als Quelle für den Komparator 610. Deshalb wird auch für den Fall, dass ein Störimpuls auftritt, durch den die externe Spannung kleiner wird als die interne Spannung, der Treiber abgeschaltet, der die externe Spannung EXT_VDD zur internen Spannung IVC überträgt, so dass die interne Spannung IVC auf einem stabilen Pegel verbleibt.

Claims

Generatorschaltung für eine interne Spannung mit – einem Spannungsteiler (140), der dafür ausgelegt ist, einen Pegel einer internen Spannung (IVC) zu teilen, sodass eine geteilte interne Spannung (DIV_IVC) erzeugt wird; – einem Komparator (610), der mit einer externen Spannung (EXT_VDD) als einer Eingangsspannung und mit der internen Spannung (IVC) als einer weiteren Eingangsspannung verbunden und dafür ausgelegt ist, die geteilte interne Spannung (DIV_IVC) mit einer Referenzspannung (VREF) zu vergleichen und ein Vergleichsausgangssignal (DA_OUT) zu erzeugen und an einem Ausgang bereitzustellen sowie an einem Knoten (A) die höhere der beiden Eingangsspannungen bereitzustellen und zur Bereitstellung eines hohen Spannungspegels des Vergleichsausgangssignals (DA_OUT) abhängig vom Vergleich der geteilten internen Spannung (DIV_IVC) mit der Referenzspannung (VREF) den Ausgang mit diesem Knoten (A) zu verbinden, und – einem Treiber (620), der das Vergleichsausgangssignal (DA_OUT) des Komparators (610) empfängt und dafür ausgelegt ist, die interne Spannung (IVC) über einen zugehörigen Versorgungspfad mit der externen Spannung (EXT_VDD) zu versorgen, wenn das Vergleichsausgangssignal (DA_OUT) des Komparators (610) einen niedrigen Spannungspegel aufweist, und den Versorgungspfad zwischen der internen Spannung und der externen Spannung zu unterbrechen, wenn das Vergleichsausgangssignal (DA_OUT) des Komparators (610) den hohen Spannungspegel aufweist.
Interne Spannungsgeneratorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (140) in Reihe geschaltete Widerstände (R11, R12) umfasst, die zwischen der internen, Spannung (IVC) und einer Massespannung eingeschleift sind.
Interne Spannungsgeneratorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Referenzspannungsgenerator (110) zum Erzeugen der Referenzspannung (VREF) mit einem vorbestimmten Spannungspegel durch Teilen Pegels der externen Spannung (EXT_VDD).
Interne Spannungsgeneratorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator (610) folgende Elemente umfasst: – einen ersten NMOS-Transistor (MN71) vom Diodentyp, von dem ein Sourceanschluß mit der externen Spannung (EXT_VDD) und von dem ein Drainanschluss mit dem Knoten (A) verbunden ist; – einen zweiten NMOS-Transistor (MN72) vom Diodentyp, von dem ein Sourceanschluß mit der internen Spannung (IVC) und von dem ein Drainanschluss mit dem Knoten (A) verbunden ist; – einen ersten PMOS-Transistor (MP71), Sourceanschluß von dem ein und ein Volumengebiet mit dem Knoten (A) verbunden sind und von dem ein Gateanschluß und ein Drainanschluß miteinander verbunden sind, – einen zweiten PMOS-Transistor (MP72), von dem ein Sourceanschluß und ein Volumengebiet mit dem Knoten (A) verbunden sind, von dem ein Drainanschluss mit dem Ausgang und von dem ein Gateanschluß mit dem Gateanschluß des ersten PMOS-Transistors (MP71) verbunden sind, – einen dritten NMOS-Transistor (MN73), von dem ein Sourceanschluss mit dem Drainanschluß des ersten PMOS-Transistors verbunden ist, und einen vierten NMOS-Transistor (MN74), von dem ein Sourceanschluss mit dem Ausgang verbunden ist, wobei der dritte NMOS-Transistor von der geteilten internen Spannung (DIV_IVC) und der vierte NMOS-Transistor von der Referenzspannung (VREF) steuerbar sind, und – einen fünften NMOS-Transistor (MN75), der mit den Drainanschlüssen des dritten und des vierten NMOS-Transistors einerseits und der Massespannung andererseits verbunden ist und von einem Freigabesignal (EN) für den Komparator steuerbar ist.
Interne Spannungsgeneratorschaltung (600) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Treiber (130) einen PMOS-Transistor (MP11) beinhaltet, von dem ein Sourceanschluß mit der externen Spannung (EXT_VDD), von dem ein Gateanschluß mit dem Ausgang des Komparators (610), von dem ein Drainanschluß mit der internen Spannung (IVC) und von dem ein Volumengebiet mit dem Knoten (A) verbunden sind.
Interne Spannungsgeneratorschaltung (600) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite NMOS-Transistor (MN71, MN72) jeweils als native Transistoren mit einer Schwellenspannung von 0 V ausgeführt sind.