DE19608477A1 - Halbleitereinrichtung mit einer internen Schaltung, die auf das Empfangen einer externen Versorgungsspannung und einer Spannung mit einem Pegel, der höher ist als die Massespannung, arbeitet - Google Patents

Halbleitereinrichtung mit einer internen Schaltung, die auf das Empfangen einer externen Versorgungsspannung und einer Spannung mit einem Pegel, der höher ist als die Massespannung, arbeitet

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DE19608477A1 DE1996108477 DE19608477A DE19608477A1 DE 19608477 A1 DE19608477 A1 DE 19608477A1 DE 1996108477 DE1996108477 DE 1996108477 DE 19608477 A DE19608477 A DE 19608477A DE 19608477 A1 DE19608477 A1 DE 19608477A1
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Aufbau einer Halbleitereinrich­ tung und insbesondere auf den Aufbau einer Halbleitereinrichtung, bei der die Chipfläche verringert werden kann und die Betriebsgeschwindigkeit erhöht werden kann.
In der Halbleiterindustrie war es immer schon ein Ziel eine reduzierte Chipgröße und höhere Betriebsgeschwindigkeit einer Halbleitereinrichtung zu erreichen und somit werden deren Elemente kleiner. Daher wurde ein Gateoxidfilm oder ähnliches eines MOS-Transistors, der z. B. eine interne Schaltung einer Halbleitereinrichtung bildet, mit geringerer Größe hergestellt.
Wenn jedoch eine externe Versorgungsspannung extVcc an einen Gateoxidfilm oder ahnliches eines MOS-Transistors angelegt wird, könnte ein Nachteil wie z. B. eine Zerstörung des Gateoxidfilmes oder ähnliches vorkommen. Dement­ sprechend wird die interne Schaltung oder ähnliches einer Halbleitereinrichtung mit einer internen Versorgungsspannung intVcc versorgt, welche durch herun­ terkonvertieren der externen Versorgungsspannung extVcc erhalten wird.
Fig. 7 ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Teil einer Halbleiterein­ richtung mit einer Schaltung zum Erzeugen einer internen Versorgungsspan­ nung zeigt.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, weist die Halbleitereinrichtung eine Schaltung 42 zum Erzeugen einer internen Versorgungsspannung auf, eine interne Schaltung 9 und eine Ausgangsschaltung 11. Die Schaltung 42 zum Erzeugen einer inter­ nen Versorgungsspannung weist eine Konstantstromerzeugungsschaltung 2, eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 3, eine Vergleichschaltung 5 und eine Treiberschaltung 7 auf. Die Ausgangsschaltung 11 weist n-Kanal MOS- Transistoren 15 und 17 auf. Die Treiberschaltung 7 weist einen p-Kanal MOS- Transistor 43 auf.
Der Betrieb der Schaltung 42 zum Erzeugen einer internen Versorgungsspan­ nung wird nun kurz beschrieben. Der p-Kanal MOS-Transistor 43, der die Treiberschaltung 7 bildet, konvertiert die externe Versorgungsspannung extVcc herunter, so daß die interne Versorgungsspannung intVcc erzeugt wird, die an die interne Schaltung 9 angelegt wird. Der Aufbau und der Betrieb der Schal­ tung 42 zum Erzeugen der internen Versorgungsspannung wird später im Detail beschrieben.
Die interne Schaltung 9 ist zwischen einem Knoten der internen Versorgungs­ spannung intVcc und einem Knoten der externen Massespannung bzw. des externen Massepotentials extVss angeschlossen und legt ein vorgeschriebenes bzw. vorbestimmtes Signal an die Ausgangsschaltung 11 an.
Die n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 17 der Ausgangsschaltung 11 sind zwi­ schen dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und dem Knoten des externen Massepotentials extVss in Reihe geschaltet. Der Verbindungs­ knoten der n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 17 ist als ein Ausgangsknoten der Daten B vorgesehen.
Wenn ein Datenwert D mit "H"-Pegel ausgegeben wird, wird die interne Ver­ sorgungsspannung intVcc an das Gate des n-Kanal MOS-Transistors 15 ange­ legt, so daß dieser n-Kanal MOS-Transistor 15 ein- bzw. durchgeschaltet wird. Inzwischen wird dem Gate des n-Kanal MOS-Transistors 17 das externe Masse­ potential extVss zugeführt und dieser wird abgeschaltet bzw. gesperrt.
Wenn ein Datenwert D mit "L"-Pegel ausgegeben wird, wird dem Gate des n- Kanal MOS-Transistors 15 das externe Massepotential extVss zugeführt und dieser wird gesperrt. Inzwischen wird das Gate des n-Kanal MOS-Transistors 17 mit der internen Versorgungsspannung intVcc versorgt und dieser wird durchgeschaltet.
Der Aufbau und der Betrieb der Schaltung 42 zum Erzeugen einer internen Versorgungsspannung wird nun im Detail beschrieben.
Fig. 8 ist ein Schaltbild, welches die Einzelheiten der Schaltung 42 zum Erzeu­ gen einer internen Versorgungsspannung von Fig. 7 zeigt.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, weist die Schaltung 42 zum Erzeugen einer inter­ nen Versorgungsspannung die Konstantstromerzeugungsschaltung 2, die Refe­ renzspannungserzeugungsschaltung 3, die Vergleichsschaltung 5 und die Trei­ berschaltung 7 auf.
Die Konstantstromerzeugungsschaltung 2 weist p-Kanal MOS-Transistoren 45 und 47, n-Kanal MOS-Transistoren 49 und 51 und einen Widerstand 53 auf. Die Referenzspannungserzeugungsschaltung 3 weist einen p-Kanal MOS-Tran­ sistor 55 und einen Widerstand 57 auf. Die Konstantstromerzeugungsschaltung 2 und der p-Kanal MOS-Transistor 55 bilden eine Konstantstromquelle 18. Die Vergleichsschaltung 5 weist p-Kanal MOS-Transistoren 59, 61 und n-Kanal MOS-Transistoren 63, 65, 67 auf. Die Treiberschaltung 7 weist einen p-Kanal MOS-Transistor 43 auf.
In der Konstantstromerzeugungsschaltung 2 sind der p-Kanal MOS-Transistor 45 und der n-Kanal MOS-Transistor 49 zwischen einem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und einem Knoten der externen Massespannung extVss in Reihe geschaltet. Der Widerstand 53, der p-Kanal MOS-Transistor 47 und der n-Kanal MOS-Transistor 51 sind zwischen dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und dem Knoten der externen Massespannung extVss in Reihe geschaltet.
Der Verbindungsknoten des p-Kanal MOS-Transistors 45 und des n-Kanal MOS-Transistors 49 ist mit den Gates der p-Kanal MOS-Transistoren 45, 47 und 55 verbunden. Der Verbindungsknoten des p-Kanal MOS-Transistors 47 und des n-Kanal MOS-Transistors 51 ist mit dem Gate der n-Kanal MOS- Transistoren 49 und 51 verbunden.
In der Referenzspannungserzeugungsschaltung 3 sind der p-Kanal MOS-Tran­ sistor 55 und der Widerstand 57 in Reihe zwischen dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und dem Knoten der externen Massespannung extVss geschaltet.
In der Vergleichsschaltung 5 sind der p-Kanal MOS-Transistor 59 und der n- Kanal MOS-Transistor 63 in Reihe zwischen dem Knoten der externen Versor­ gungsspannung extVcc und der Drain des n-Kanal MOS-Transistors 67 geschal­ tet. Der p-Kanal MOS-Transistor 61 und der n-Kanal MOS-Transistor 65 sind in Reihe zwischen dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und der Drain des n-Kanal MOS-Transistors 67 geschaltet.
Die Source des n-Kanal MOS-Transistors 67 ist mit der externen Massespan­ nung extVss verbunden und seinem Gate wird ein Signal ΦB von einer nicht ge­ zeigten Signalerzeugungsschaltung zugeführt. Das Gate des n-Kanal MOS- Transistors 63 ist mit einem Verbindungsknoten N2 zwischen dem p-Kanal MOS-Transistor 45 und dem Widerstand 57 verbunden.
Der p-Kanal MOS-Transistors 43 der Treiberschaltung 7 ist zwischen dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und dem Gate des n-Kanal MOS-Transistors 65 geschaltet. Das Gate dieses p-Kanal MOS-Transistors 43 ist mit der Drainelektrode des n-Kanal MOS-Transistors 63 verbunden.
Nun wird der Betrieb der Schaltung zur Erzeugung einer internen Versorgungs­ spannung beschrieben. In der Konstantstromerzeugungsschaltung 2 werden die p-Kanal MOS-Transistoren 45 und 47 in einem schwachen Inversionsbereich verwendet. Dementsprechend, in dem Maße wie ihre Gatespannung erhöht wird, würde sich ihr Drain-Sourcestrom exponentiell verringern. Somit würde nur eine kleine Zunahme in der Spannung des Knotens N1 eine Erniedrigung in dem Drain-Sourcestrom der p-Kanal MOS-Transistoren 45 und 47 bewirken, so daß die Spannung des Knotens N1 kaum verändert wird und ein konstanter Wert aufrecht erhalten wird.
Dementsprechend würden der Source-Drainstrom des p-Kanal MOS-Transistors 55 und der Strom, der zum Widerstand 57 fließt immer konstant sein, da das Gate des p-Kanal MOS-Transistors 55 der Referenzspannungserzeugungsschal­ tung 3 mit dem Knoten N1 verbunden ist. Daher, unter der Annahme, daß der zum Widerstand 57 fließende Strom I ist und der Widerstandswert des Wider­ stands 57 R ist, könnte die Spannung N2 als externe Versorgungsspannung extVcc-I·R ausgedrückt werden und sie ist immer konstant. Die Spannung des Knoten N2 wird im nachfolgenden als Referenzspannung VREF bezeichnet.
Die Vergleichsschaltung 5 vergleicht die Spannungen am Knoten N2 und Kno­ ten N3. Genauer gesagt, die Vergleichsschaltung 5 führt einen Vergleich zwi­ schen der Referenzspannung VREF und der internen Versorgungsspannung intVcc, welche durch Herunterkonvertieren der externen Versorgungsspannung extVcc durch den p-Kanal MOS-Transistor 43 erhalten wird, durch.
Die Vergleichsschaltung 5 schaltet den p-Kanal MOS-Transistor 43 ein, wenn die interne Versorgungsspannung intVcc kleiner als die Referenzspannung VREF geworden ist. Im Ergebnis, wird die externe Versorgungsspannung extVcc dem Knoten N3 zugeführt, so daß die interne Versorgungsspannung intVcc immer konstant gehalten wird. Wenn die nicht gezeigte interne Schaltung, die mit dem Knoten N3 verbunden ist, in Betrieb ist, ist das an das Gate des n-Kanal MOS- Transistors 67 angelegte Signal ΦB auf "H"-Pegel. Wenn die interne Schaltung nicht in Betrieb ist, ist das Signal ΦB auf "L"-Pegel.
Somit besteht in der der Anmelderin bekannten Halbleitereinrichtung ein Pro­ blem dahingehend, daß die Treiberschaltung 7 extrem groß gestaltet ist, so daß die Chipfläche ebenso erhöht ist, da der p-Kanal MOS-Transistor 43 als Trei­ berschaltung 7 zum Erzeugen der internen Versorgungsspannung intVcc ver­ wendet wird.
Genauer gesagt, da die Ladungsträger Beweglichkeit, welche ein Faktor zum Bestimmen der Treiberfähigkeit bzw. Steuerfähigkeit eines MOS-Transistors ist, in einem p-Kanal MOS-Transistor klein ist, ist es notwendig gewesen, die Kanalbreite zu erhöhen.
Ferner, wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist die Ausgangsschaltung 11 aus den n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 17 gebildet. Um diese ein- bzw. durchzuschalten, wird die interne Versorgungsspannung intVcc, die durch Herabkonvertieren der externen Versorgungsspannung erhalten wird, an deren Gates angelegt, was eine niedrige Gate-Sourcespannung bewirkt. Somit ist es notwendig gewesen, die Größe der n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 17, die die Ausgangsschal­ tung 11 bilden, zu erhöhen, um ihre Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen, was wiederum das Problem einer vergrößerten Chipfläche zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der oben beschriebenen Probleme getätigt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitereinrichtung bereitzustellen, bei der die Chipfläche verringert werden kann, so daß ein schnellerer Betrieb erhalten wird.
Eine Halbleitereinrichtung entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine interne Schaltung auf, die zwischen einer Leitung mit hoher Spannung auf einem externen Versorgungsspannungspegel und einer Leitung niedriger Spannung auf einem vorgeschriebenen Pegel, der höher als Massepegel ist, verbunden ist und eine Spannungserzeugungseinrichtung zum Bewirken, daß der Pegel der Leitung mit niedriger Spannung einen vorbe­ stimmten Pegel, der höher als das Massepotential ist, annimmt.
Da die Spannung der Leitung mit niedriger Spannung bzw. Niedrigspannungs­ leitung, die mit der internen Schaltung verbunden ist, höher ist als die Masse­ spannung wie oben beschrieben wurde, kann die Spannung der Leitung mit hoher Spannung bzw. die Hochspannungsleitung als externe Versorgungsspan­ nung verwendet werden, so daß ein Signal auf dem externen Versorgungsspan­ nungspegel als ein "H"-Pegelsignal von der internen Schaltung ausgegeben werden kann.
Dementsprechend kann der Betrieb eines MOS-FET vom n-Kanal Typ, der in Antwort auf den Empfang eines solchen "H"-Pegelsignales an seinem Gate durchgeschaltet wird, beschleunigt werden, ohne daß seine Größe erhöht wird und somit kann die Betriebsgeschwindigkeit der gesamten Halbleitereinrichtung bei Reduzierung der Chipfläche erhöht werden.
Ferner weist die Spannungserzeugungseinrichtung vorzugsweise eine Bestim­ mungseinrichtung zum Ausgeben eines vorbestimmten Signales auf, wenn die Spannung der Leitung mit niedriger Spannung den vorbestimmten Pegel, der höher ist als die Massespannung, übersteigt, und einen MOS-FET vom n-Kanal Typ, der in Antwort auf das vorbestimmte Signal zum Entladen des Stromes von der Leitung mit niedriger Spannung arbeitet.
Auf der Grundlage des vorhergehenden kann, da ein MOS-FET vom n-Kanal Typ mit einer höheren Treiberfähigkeit zum Entladen des Stromes verwendet wird, wenn der Pegel der Leitung mit niedriger Spannung den vorbestimmten Spannungspegel übersteigt, um den Pegel der Leitung mit niedriger Spannung auf einen vorbestimmten Spannungspegel der höher als die Massespannung ist, zu bringen, eine ausreichende Treiberstärke erhalten werden, selbst wenn die Größe des MOS-FET vom n-Kanal Typs gering ist.
Daher kann die Chipfläche der Halbleitereinrichtung reduziert werden.
Eine Halbleitereinrichtung nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung weist eine interne Schaltung auf, die zwischen der Leitung mit hoher Spannung auf einem externen Versorgungsspannungspegel und einer Leitung mit niedriger Spannung auf einem vorbestimmten Pegel, der höher als die Massespannung ist, geschaltet ist zum Durchführen einer vorbestimmten Ope­ ration, eine Spannungserzeugungseinrichtung zum Bringen des Pegels der Lei­ tung mit niedriger Spannung auf einen vorbestimmten Pegel, der höher als die Massespannung ist, und einen MOS-FET vom n-Kanal Typ, der in Antwort auf ein Signal auf einem externen Versorgungsspannungspegel von einer internen Schaltung arbeitet, auf.
Da der MOS-FET vom n-Kanal Typ in Antwort auf den Empfang einer externen Versorgungsspannung an seinem Gate wie oben beschrieben wurde, arbeitet, kann der Betrieb des MOS-FET vom n-Kanal TYP beschleunigt werden ver­ glichen mit dem Fall, bei dem die Operation in Antwort auf den Empfang einer internen Versorgungsspannung an seinem Gate, die durch Herunterkonvertieren einer externen Versorgungsspannung erhalten wird, durchgeführt wird.
Daher kann die Betriebsgeschwindigkeit der gesamten Halbleitereinrichtung bei gleichzeitiger Reduzierung der Chipfläche erhöht werden.
Ferner weist die Spannungserzeugungseinrichtung vorzugsweise eine Bestim­ mungseinrichtung auf zum Ausgeben eines vorbestimmten Signals, wenn die Spannung der Leitung mit niedriger Spannung einen vorbestimmten Pegel, der höher als die Massespannung ist, übersteigt, und einen MOS-FET vom n-Kanal Typ, der in Antwort auf das vorbestimmte Signal zum Entladen des Stromes von der Leitung mit niedriger Spannung arbeitet.
Auf der Grundlage des vorhergehenden kann, da ein MOS-FET vom n-Kanal Typ mit einer hohen Treiberfähigkeit zum Entladen des Stromes verwendet wird, wenn der Pegel der Leitung mit niedriger Spannung den vorbestimmten Spannungspegel übersteigt, um den Pegel der Leitung mit niedriger Spannung auf einen vorbestimmten Spannungspegel, der höher als die Massespannung ist zu bringen, eine ausreichende Treiberkraft bzw. Treiberstärke erhalten werden, selbst wenn die Größe des MOS-FETs vom n-Kanal Typ klein ist.
Daher kann die Chipfläche der Halbleitereinrichtung reduziert werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm, welches einen Abschnitt einer Struk­ tur einer Schaltung zur Erzeugung eines internen Pseudomassepotentials bzw. einer internen Pseudomassespannung entsprechend einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine Schaltbild, welches Einzelheiten der Schaltung zur Erzeugung einer internen Pseudomassespannung von Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 die Beziehung zwischen dem Drain-Sourcestrom IDS und der Drain- Sourcespannung VDS eines n-Kanal MOS-Transistors, wenn seine Gate-/Sourcespannung VGS höher als die Schwellenspannung VTH ist,
Fig. 4 die Beziehung zwischen dem Drain-Sourcestrom IDS und der Gate- Sourcespannung VGS eines n-Kanal MOS-Transistors, wenn seine Gate- Sourcespannung VGS kleiner als die Schwellenspannung VTH ist,
Fig. 5 die Beziehung zwischen dem Strom IDS, der durch eine Konstantstrom­ erzeugungsschaltung erzeugt wird und einer externen Versorgungsspan­ nung extVcc,
Fig. 6 die Beziehung zwischen der internen Pseudomassespannung intVss, die von der Schaltung zum Erzeugen einer internen Pseudomassespannung von Fig. 1 und Fig. 2 erzeugt worden ist und der externen Versorgungs­ spannung extVcc,
Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm, daß einen Abschnitt einer Struktur einer Halbleitereinrichtung, die eine der Anmelderin bekannte Schaltung zum Erzeugen einer internen Spannung aufweist, zeigt,
Fig. 8 ein Schaltbild, welches die Einzelheiten der Schaltung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung von Fig. 7 darstellt.
Im nachfolgenden wird eine Halbleitereinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches eine Teilstruktur einer Halbleitereinrichtung mit einer Schaltung zum Erzeugen einer internen Pseu­ domassespannung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung zeigt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Halbleitereinrichtung eine Schaltung 1 zum Erzeugen einer internen Pseudomassespannung auf, eine interne Schaltung 9 und eine Ausgangsschaltung 11. Die Schaltung 1 zum Erzeugen einer inter­ nen Pseudomassespannung weist eine Konstantstromerzeugungsschaltung 2, eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 3, eine Vergleichsschaltung 5 und eine Treiberschaltung 7 auf.
Die Ausgangsschaltung 11 weist n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 1 7 auf. Die Treiberschaltung 7 der Schaltung 1 zum Erzeugen einer internen Pseudomasse­ spannung weist einen n-Kanal MOS-Transistor 13 auf. Der Aufbau und der Betrieb der Schaltung 1 zum Erzeugen einer internen Pseudomassespannung wird später im einzelnen beschrieben.
Eine interne Pseudomassespannung intVss auf einem vorbestimmten Span­ nungspegel eines Knotens N1 wird durch den n-Kanal MOS-Transistor 13 der Treiberschaltung 7 erzeugt und an die interne Schaltung 9 angelegt. Die interne Schaltung 9 ist zwischen einem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und einem Knoten N1 der internen Pseudomassespannung intVss ange­ schlossen und gibt ein vorbestimmtes Signal an die Ausgangsschaltung 11 aus.
Die n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 17 der Ausgangsschaltung 11 sind zwi­ schen einem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und dem Kno­ ten der externen Massespannung extVss in Reihe geschaltet. Ihre jeweiligen Gates empfangen ein Signal von der internen Schaltung 9.
Wenn ein Datenwert D mit einem "H"-Pegel von einem Verbindungsknoten der n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 17 ausgegeben wird, erhält der n-Kanal MOS-Transistor 15 die externe Versorgungsspannung extVcc an seinem Gate von der internen Schaltung 9 und wird eingeschaltet. Inzwischen erhält der n- Kanal MOS-Transistor 17 die interne Pseudomassespannung intVss an seinem Gate und wird ausgeschaltet.
Wenn ein Datenwert D mit "L"-Pegel ausgegeben wird, erhält der n-Kanal MOS-Transistor 15 an seinem Gate die interne Pseudomassespannung intVss und wird ausgeschaltet. Inzwischen erhält der n-Kanal MOS-Transistor 17 die externe Versorgungsspannung extVcc an seinem Gate und wird eingeschaltet.
Nun wird der Aufbau und der Betrieb der Schaltung 1 zum Erzeugen einer in­ ternen Pseudomassespannung im Einzelnen beschrieben. Fig. 2 ist ein Schalt­ bild, welches die Schaltung 1 zum Erzeugen einer internen Pseudomassespan­ nung von Fig. 1 im Detail illustriert.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Schaltung 1 zum Erzeugen einer inter­ nen Pseudomassespannung die Konstantstromerzeugungsschaltung 2, die Refe­ renzspannungserzeugungsschaltung 3, die Vergleichsschaltung 5 und die Trei­ berschaltung 7 auf. Die interne Schaltung 9 ist zwischen dem Knoten N1 und dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc angeschlossen.
Die Konstantstromerzeugungsschaltung 2 weist p-Kanal MOS-Transistoren 19, 21, n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25 und einen Widerstand 27 auf. Die Refe­ renzspannungserzeugungsschaltung 3 weist einen Widerstand 29 und einen n- Kanal MOS-Transistor 31 auf. Die Konstantstromerzeugungsschaltung 2 und der n-Kanal MOS-Transistor 31 bilden eine Konstantstromquelle 18. Die Ver­ gleichsschaltung 5 weist p-Kanal MOS-Transistoren 33, 35, 37 und n-Kanal MOS-Transistoren 39 und 41 auf. Die Treiberschaltung 7 weist einen n-Kanal MOS-Transistor 13 auf.
In der Konstantstromerzeugungsschaltung 2 sind der p-Kanal MOS-Transistor 19 und der n-Kanal MOS-Transistor 23 zwischen dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und dem Knoten der externen Massespannung extVss in Reihe geschaltet. Der p-Kanal MOS-Transistor 21, der n-Kanal MOS-Transistor 25 und der Widerstand 27 sind zwischen dem Knoten der ex­ ternen Versorgungsspannung extVcc und dem Knoten der externen Massespan­ nung extVss in Reihe geschaltet. Der Verbindungsknoten des p-Kanal MOS- Transistors 19 mit dem n-Kanal MOS-Transistor 23 ist in Verbindung mit den Gates der n-Kanal MOS-Transistoren 23, 25 und 31.
In der Referenzspannungserzeugungsschaltung 3 sind der Widerstand 29 und der n-Kanal MOS-Transistor 31 in Reihe geschaltet zwischen dem Knoten der externen Versorgungsspannung extVcc und dem Knoten der externen Masse­ spannung extVss. Der Verbindungsknoten des Widerstands 29 und des n-Kanal MOS-Transistors 31 ist mit dem Gate des p-Kanal MOS-Transistors 35 in der Vergleichsschaltung 5 verbunden.
In der Vergleichsschaltung 5 sind der p-Kanal MOS-Transistor 35 und der n- Kanal MOS-Transistor 39 in Reihe geschaltet zwischen dem p-Kanal MOS- Transistor 33 und dem Knoten der externen Massespannung extVss. Der p- Kanal MOS-Transistor 37 und der n-Kanal MOS-Transistor 41 sind in Reihe geschaltet zwischen dem p-Kanal MOS-Transistor 33 und dem Knoten der externen Massespannung extVss.
Der Verbindungsknoten des p-Kanal MOS-Transistors 35 mit dem n-Kanal MOS-Transistor 39 ist mit dem Gate des n-Kanal MOS-Transistors 13 in der Treiberschaltung 7 verbunden. Das Gate des p-Kanal MOS-Transistors 37 ist mit dem Knoten N1 verbunden. Der n-Kanal MOS-Transistor 13 der Treiber­ schaltung 7 ist zwischen dem Knoten N1 und dem Knoten der externen Masse­ spannung extVss geschaltet.
Der Betrieb der Schaltung zum Erzeugen einer internen Pseudomassespannung wird nun im einzelnen beschrieben. Die Konstantstromerzeugungsschaltung 2 verwendet den Sättigungsbereich der p-Kanal MOS-Transistoren 19, 21 und den schwachen Inversionsbereich der n-Kanal MOS-Transistoren 23 und 25 zum Erzeugen eines konstanten Stromes.
Es wird nun der Sättigungsbereich und der schwache Inversionsbereich eines n- Kanal MOS-Transistors beschrieben.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Drain-Sourcestrom IDS und der Drain- Sourcespannung VDS eines n-Kanal MOS-Transistors, wenn seine Gate- Sourcespannung VGS höher als die Schwellenspannung VTH ist.
Der Drain-Sourcestrom IDS ist auf der Ordinate aufgetragen und die Drain- Source-Spannung VDS ist auf der Abszisse aufgetragen. Der Bereich, in dem die Drain-Sourcespannung VDS größer ist als VGS-VTH wird als nichtgesättigter Bereich bezeichnet und der Bereich, in dem die Drain-Sourcespannung VDS größer als VGS-VTH ist, wird als Sättigungsbereich bezeichnet. Im Sättigungs­ bereich hängt der Drain-Sourcestrom IDS nur von der Gate-Sourcespannung VGS ab.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Drain-Sourcestrom IDS und der Gate- Sourcespannung VGS eines n-Kanal MOS-Transistors, wenn seine Gate-Source­ spannung VGS kleiner als die Schwellenspannung VTH ist.
Der Drain-Sourcestrom IDS ist auf der Ordinate aufgetragen und die Gate- Sourcespannung VGS ist auf der Abszisse aufgetragen. Die Ordinate ist in logarithmischer Skala. Der Bereich, in dem die Gate-Sourcespannung VGS klei­ ner ist als die Schwellenspannung VTH wird als schwacher Inversionsbereich bezeichnet. In dem schwachen Inversionsbereich nimmt der Drain-Sourcestrom IDS exponentiell zu, wenn die Gate-Sourcespannung VGS zunimmt.
Es wird wiederum Bezug genommen auf Fig. 2. Da die n-Kanal MOS-Tran­ sistoren 23 und 25 der Konstantstromerzeugungsschaltung 2 in dem schwachen Inversionsbereich verwendet werden, wird der Drain-Sourcestrom der n-Kanal MOS-Transistoren 23 und 25 nur durch eine kleine Reduzierung in der Span­ nung des Knotens N2 verringert, so daß die Spannung des Knotens N2 kaum geändert und immer konstant ist. Währenddessen, würde eine geringe Erhöhung in der Spannung des Knotens N2 den Drain-Sourcestrom der n-Kanal MOS- Transistoren 23, 25 erhöhen, so daß die Spannung des Knotens N2 kaum geän­ dert wird und immer konstant ist. Dementsprechend wäre der Drain- Sourcestrom in dem n-Kanal MOS-Transistor 31, dessen Gate mit dem Knoten N2 verbunden ist, immer konstant.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Strom IDS, der durch die Konstant­ stromerzeugungsschaltung 2 veranlaßt wird zwischen der Drain und der Source des n-Kanal MOS-Transistors zu fließen und der externen Versorgungsspan­ nung extVcc.
Der Drain-Sourcestrom IDS wird konstant, wenn die externe Versorgungsspan­ nung extVcc 3,3 V erreicht hat.
Die Beschreibung erfolgt nun wieder anhand von Fig. 2. In der Referenzspan­ nungserzeugungsschaltung 3 würde, unter der Annahme, daß der konstante Strom, der durch den Widerstand 29 und zwischen der Drain und der Source des n-Kanal MOS-Transistors 31 fließt, 1 ist und der Widerstandswert des Widerstands 29 R ist, die Spannung des Knotens N3 extVcc-I·R sein. Da der Strom 1 konstant ist, ist die Spannung des Knotens N3 ebenso konstant. Diese Spannung wird im nachfolgenden als Referenzspannung VREF bezeichnet.
Die Vergleichsschaltung 5 vergleicht die Spannung an dem Knoten N1, d. h. die internen Pseudomasseschaltung intVss mit der Referenzspannung VREF und wenn die interne Pseudomassespannung intVss die Referenzspannung VREF übersteigt, wird der n-Kanal MOS-Transistor 13 der Treiberschaltung 7 einge­ schaltet, so daß Strom von dem Knoten N1 geladen wird. Im Ergebnis ist die interne Pseudomassespannung intVss immer konstant und die interne Schaltung 9 wird mit einer stabilen internen Pseudomassespannung intVss versorgt.
Nun wird der Vorteil des Verwendens des n-Kanal MOS-Transistors 13 für die Treiberschaltung 7 anstelle des p-Kanal MOS-Transistors 43 (wie in der der Anmelderin bekannten in den Fig. 7 und 8 gezeigten Halbleitereinrichtung der Fall ist) beschrieben. Ein Faktor, der die Treiberfähigkeit bzw. Steuerfähigkeit eines MOS-Transistors bestimmt, ist die Ladungsträgerbeweglichkeit. Der Ladungsträger eines p-Kanal MOS-Transistors ist ein Loch und der Ladungs­ träger eines n-Kanal MOS-Transistors ist ein Elektron. Unter der Annahme, daß die Beweglichkeit des Loches µp und die Beweglichkeit des Elektrons µn ist, ist µp/µn wie folgt.
µp/µn = 1/3.
Dementsprechend würde die Treiberfähigkeit eines n-Kanal MOS-Transistors dreimal so groß sein als die eines p-Kanal MOS-Transistors, wenn diese so gebildet sind, daß sie die gleiche Fläche und Form haben.
Was die Vergleichsschaltung 5 betrifft, so wird ein Signal ΦA an das Gate des p-Kanal MOS-Transistors 33 von einer nicht gezeigten Signalerzeugungsschal­ tung angelegt. Dieses Signal ΦA ist auf "L"-Pegel, wenn die interne Schaltung 9 in Betrieb ist und ist auf "H"-Pegel, wenn sie nicht in Betrieb ist.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der internen Pseudomassespannung intVss, die von der Schaltung zur Erzeugung einer internen Pseudomassespannung von Fig. 1 und Fig. 2 erzeugt worden ist und der externen Versorgungsspannung extVcc.
Die interne Pseudomasseschaltung intVss ist auf der Ordinate aufgetragen während die externe Versorgungsspannung extVcc auf der Abszisse aufgetra­ gen ist. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist, wenn die externe Versorgungsspan­ nung extVcc 3.3 V übersteigt, der Unterschied zwischen der internen Pseudo­ massespannung intVss und der externen Versorgungsspannung extVcc immer 3.3 V.
Auf der Grundlage des vorhergehenden werden in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die n-Kanal MOS-Transistoren 15, 17 der Aus­ gangsschaltung 11 in Fig. 1 eingeschaltet werden, deren Gates mit der externen Versorgungsspannung extVcc versehen. Somit kann der Betrieb der n-Kanal MOS-Transistoren 15 und 17 schneller gemacht werden, ohne daß ihre Größe erhöht wird, verglichen mit dem Fall, in dem sie eingeschaltet werden durch Bereitstellen einer internen Versorgungsspannung intVcc, die durch Herunter­ konvertieren der äußeren Versorgungsspannung extVcc an ihren Gates, so daß die Betriebsgeschwindigkeit der gesamten Halbleitereinrichtung ebenso erhöht wird.
Ferner, da ein n-Kanal MOS-Transistor 13, der eine dreimal so große Treiber­ fähigkeit hat als ein p-Kanal MOS-Transistor für die Treiberschaltung 7 von den Fig. 1 und 2 verwendet wird, kann eine ausreichende Treiberstärke erhal­ ten werden, selbst wenn die Abmessung des n-Kanal MOS-Transistors 13 klein ist, so daß die Chipfläche der Halbleitereinrichtung reduziert werden kann.

Claims (4)

1. Halbleitereinrichtung mit:
einer internen Schaltung (9), die zwischen einer Leitung mit hoher Spannung auf einem externen Versorgungsspannungspegel und einer Leitung mit niedriger Spannung auf einem vorbestimmten Pegel, der höher ist als der Pegel der Massespannung, geschaltet ist zum Durchführen einer vorbestimmten Opera­ tion; und
einer Spannungserzeugungseinrichtung (1) zum Einstellen des Pegels der Lei­ tung mit niedriger Spannung auf den vorbestimmten Pegel, der höher ist als der Pegel der Massespannung.
2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserzeugungseinrichtung (1)
eine Bestimmungseinrichtung (2, 3, 5) zum Ausgeben eines vorbestimmten Signales, wenn der Pegel der Spannung der Leitung mit niedriger Spannung den vorbestimmten Wert, der höher als der Pegel der Massespannung ist, über­ steigt, und
einen MOS-FET vom n-Kanal Typ (13), der in Antwort auf das vorbestimmte Signal arbeitet zum Entladen des Stromes von der Leitung mit niedriger Span­ nung, aufweist.
3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung (2, 3, 5)
eine Konstantstromerzeugungseinrichtung (2) zum Erzeugen eines konstanten Stromes;
eine Referenzspannungserzeugungseinrichtung (3) zum Erzeugen einer Refe­ renzspannung entsprechend zu dem konstanten Strom zum Vergleich mit der Spannung der Leitung mit niedriger Spannung, und
eine Vergleichseinrichtung (5) zum Vergleichen der Referenzspannung auf dem vorbestimmten Pegel, der höher ist als der Pegel der Massespannung, mit der Spannung der Leitung mit niedriger Spannung zum Ausgeben des vorbestimm­ ten Signales, wenn die Spannung der Leitung mit niedriger Spannung die Refe­ renzspannung übersteigt, aufweist.
4. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch MOS-FETs vom n-Kanal Typ (15, 17), die in Antwort auf ein Signal auf dem externen Versorgungsspannungspegel von der internen Schaltung (9) arbeiten.
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