DE19681425B3

DE19681425B3 - Schaltung und Verfahren zum Regeln einer Spannung

Info

Publication number: DE19681425B3
Application number: DE19681425T
Authority: DE
Inventors: Stephen L. Casper
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2016-06-07
Also published as: GB2315886B; GB2315886A; US5644215A; KR100401392B1; JPH11507452A; DE19681425T1; US5831419A; WO1996041247A1; JP3425956B2; KR19990022525A; AU6270496A; GB9725961D0

Abstract

Schaltung (20) zum Regeln einer Spannung durch Steuern eines Spannungserzeugers (18), umfassend: einen Spannungsteiler (24), der zwischen die geregelte Spannung (Vint) und eine Versorgungsspannung (Vcc) gekoppelt und betreibbar ist, um eine Lesespannung zu erzeugen; eine Klemmschaltung (22), die parallel zum Teiler (24) gekoppelt und betreibbar ist, um die empfindliche Abhängigkeit zwischen der Versorgungsspannung (Vcc) und der regulierten Spannung (Vint) dadurch zu verringern, dass die Spannung an der Klemmschaltung (22) im wesentlichen daran gehindert wird, einen vorbestimmten Wert zu übersteigen; und eine Detektorschaltung (26), die zwischen den Teiler (24) und den Spannungserzeuger (18) gekoppelt und betreibbar ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches den Spannungserzeuger (18) deaktiviert, wenn die Lesespannung einen ersten vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und den Spannungserzeuger (18) aktiviert, wenn die Lesespannung einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert erreicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektronische Bauelemente, insbesondere eine Schaltung zum Regeln einer Spannung. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein integriertes Bauelement, bspw. eine Speicherschaltung, die Reglerschaltung beinhalten, welche eine Spannung regelt, die das Bauelement intern erzeugt.
Hintergrund der Erfindung
Zahlreiche integrierte Bauelemente beinhalten eine Schaltung, die mittels einer externen Energiequelle eine geregelte Spannung erzeugt, die für den internen Gebrauch innerhalb des Bauelements vorgesehen ist. Beispielsweise kann ein elektrisch löschbarer und programmierbarer Festspeicher (EEPROM) eine solche Schaltung enthalten, um intern eine Programmierspannung aus einer externen Speisespannung zu erzeugen. Andererseits kann ein Speicherbauelement, wie z. B. ein dynamischer Schreib-/Lese-Speicher (DRAM) sowie andere Typen integrierter Schaltungen derartige Schaltkreise zum internen Erzeugen einer Substrat- oder Sperr-Vorspannung aus einer externen Spannungsversorgung beinhalten, um die Schwellenwerte von in dem Substrat ausgebildeten Feldeffekttransistoren (FETs) einzustellen. Eine solche interne Spannungserzeugung reduziert häufig die Anzahl externer Spannungsversorgungen, die das integrierte Bauelement für seinen Betrieb benötigt.
Typischerweise enthält eine solche Erzeugungs- und Regelschaltung einen Spannungserzeuger, bspw. in Form einer Ladungspumpe, und einen Spannungsregler, welcher die intern erzeugte Spannung auf einem vorbestimmten Spannungspegel oder innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs hält. Bspw. kann der Regler den Spannungserzeuger dann aktivieren, wenn die Spannung nicht einem vorbestimmten Pegel entspricht oder sich außerhalb des vorbestimmten Bereichs befindet, und er kann den Spannungserzeuger deaktivieren, wenn dieser die vorbestimmte Spannung auf den vorbestimmten Wert oder in den vorbestimmten Bereich gebracht hat.
Häufig besteht der Wunsch, ein integriertes Bauelement in der Weise auszubilden, daß es in einem relativ breiten Bereich von Versorgungsspannungen arbeiten kann. Bspw. kann es wünschenswert sein, einen DRAM derart auszugestalten, daß dieser mit einer Spannungsversorgung arbeiten kann, die zwischen etwa 3 und 6 Volt liegt.
Einige existierende Spannungsregelschaltungen können die geregelte Spannung auf einem im wesentlichen fixen Pegel innerhalb des Bereichs externer Speisespannungen halten, mit denen das integrierte Bauelement betreibbar ist. Solche Regelschaltungen erfordern allerdings häufig eine stabile Referenzspannung und eine dazugehörige Vergleicherschaltung. Die Spannung, welche die stabile Referenzspannung liefert, und die dazugehörige Vergleicherschaltung haben häufig eine beträchtliche Anzahl von Komponenten, die eine relativ große Fläche des integrierten Bauelements belegen.
Andere existierende Spannungsregelschaltungen besitzen eine minimale Anzahl von Komponenten und belegen mithin nur einen minimalen Flächenbereich des integrierten Bauelements. Der Pegel, auf dem der Regler die erzeugte Spannung hält, ist allerdings häufig empfindlich gegenüber Schwankungen der Speisespannung. D. h.: der Pegel der geregelten Spannung verschiebt sich häufig, wenn die Speisespannung schwankt. Solche Verschiebungen der geregelten Spannung sind häufig unerwünscht.
Die US 4 775 959 A zeigt eine Schaltung zum Steuern eines Spannungserzeugers mit einem Spannungsteiler zwischen einem Anschluss für die zu regelnde Spannung und einem Versorgungsspannungsanschluss. Der Spannungsteiler besteht aus zwei leitend vorgespannten Transistoren und aus drei als Dioden geschalteten Transistoren. Betrachtet man einen der beiden leitend vorgespannten Transistoren (die einen vorbestimmten Widerstandswert liefern) als Klemmschaltung, so liegt diese Klemmschaltung in Reihe zu dem Spannungsteiler.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Schaltung zum Regeln einer Spannung durch Steuerung eines Spannungserzeugers geschaffen (Anspruch 1). Ein Spannungsteiler befindet sich zwischen der geregelten Spannung und einer Speisespannung, und er erzeugt eine Lesespannung. An den Teiler ist parallel eine Klemmschaltung angeschlossen, die die Empfindlichkeit zwischen Speisespannung und geregelter Spannung dadurch verringert, daß sie im wesentlichen verhindert, daß die Spannung an ihr selbst einen vorbestimmten Wert übersteigt. Zwischen den Teiler und den Spannungserzeuger ist eine Detektorschaltung gekoppelt, die ein Steuersignal liefert, welches den Spannungserzeuger dann deaktiviert, wenn die Lesespannung einen ersten, vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und den Spannungserzeuger aktiviert, wenn die Lesespannung einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung beinhaltet der Spannungsteiler eine Mehrzahl von Lastelementen, die in Serie zwischen die geregelte und die Speisespannung gekoppelt sind, so daß Verbindungen oder Knoten zwischen aufeinanderfolgenden Paaren der Elemente gebildet werden. Die Lesespannung wird von einem ausgewählten Punkt der Verbindungen abgegriffen. Die Klemmschaltung enthält einen ersten Klemmanschluß, der an eine der Verbindungen gekoppelt ist, und einen zweiten Klemmanschluß, der an eine weitere der Verbindungen gekoppelt ist, die sich zwischen dem ausgewählten Verbindungspunkt, von dem die Lesespannung abgegriffen wird und der geregelten Spannung befindet, oder der mit der geregelten Spannung gekoppelt ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Klemmschaltung zwischen ein Paar Knoten gelegt, die ausgewählt sind aus dem ausgewählten Verbindungspunkt, der geregelten Spannung und solchen Verbindungspunkten, die zwischen dem ausgewählten Verbindungspunkt der geregelten Spannung liegen.
Außerdem schafft die vorliegende Erfindung speziell eine Schaltung zum Regeln einer geregelten Spannung durch Steuern einer Ladungspumpe (Anspruch 11). Ein spezielles Anwendungsbeispiel ist eine Speicherschaltung (Anspruch 23). Außerdem schafft die Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer Spannung (Anspruch 31).
1 ist ein Blockdiagramm eines Speicherbauelements gemäß der Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Spannungsreglers nach 1.
3 ist eine schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform des Reglers nach 2.
4 ist ein Querschnitt eines Teils eines Substrats des Speicherbauelements nach 1.
5 ist eine graphische Darstellung, die die durch den Regler nach 4 erreichte verbesserte Spannungsregelung veranschaulicht.
6 ist eine weitere graphische Darstellung, die die durch die Schaltung nach 3 erreichte verbesserte Regelung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 ist ein Blockdiagramm eines Speicherbauelements 10, welches gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und arbeitet, wenngleich die vorliegende Erfindung auch bei anderen Arten integrierter Bauelemente eingesetzt werden könnte. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Speicher 10 ein DRAM. Der Speicher 10 enthält eine Steuerschaltung 12, die an Adressen-, Steuer- und Datenbusse gekoppelt ist, um von einer (nicht gezeigten) externen Schaltung, wie man sie in einem (nicht gezeigten) Rechnersystem finden kann, Adressen-, Steuer- und Datensignal zu empfangen. Der Speicher 10 enthält außerdem ein Feld 14 von Speicherzellen zum Speichern von Daten, und eine Spannungserzeugungs- und -regelschaltung 16, die aus einer externen Versorgungsspannung V_CC eine interne Spannung V_INT bildet. V_INT kann für vielerlei Zwecke verwendet werden, darunter als Programmierspannung in einem Speicher 10, welcher elektrisch programmierbare Speicherzellen enthält, oder als Sperr-Vorspannung zum Vorspannen eines Substrats, in welchem Feldeffekttransistoren ausgebildet sind, um die Schwellenwerte der Transistoren einzustellen oder zu justieren. Das interne Erzeugen einer solchen Spannung ermöglicht es dem Speicher 10 häufig, mit einer einzigen externen Spannungsversorgung betrieben zu werden, im Gegensatz zu mehreren externen Versorgungsspannungen.
Die Regelschaltung 16 enthält eine Ladungspumpe 18, die ansprechend auf ein Aktivier-/Deaktivier-Signal, welches sie an ihrem Steueranschluß 19 empfängt, V_INT erzeugt. Eine Reglerschaltung 20 überwacht V_INT und erzeugt ansprechend auf dessen Pegel das Aktivier-/Deaktivier-Signal.
Im Betrieb empfängt die Steuerschaltung 12 die Adressen-, Steuer- und Datensignale an jeweiligen Bussen, und entsprechend diesen Signalen liest und schreibt sie Daten aus dem Speicherzellenfeld 14 bzw. in das Speicherzellenfeld 14. Darüberhinaus liefert die Steuerschaltung 12 Signale zum Aktivieren und anderweitigen Steuern der Regelschaltung 16.
Wenn die Steuerschaltung 12 die Regelschaltung 16 aktiviert, beginnt die Ladungspumpe 18, V_INT solange entweder zu erhöhen oder zu verringern, bis sie einen ersten vorbestimmten Wert erreicht, (abhängig davon, ob V_INT positiv oder negativ ist). Wenn die Reglerschaltung 20 erkennt, daß V_INT ersten vorbestimmten Wert erreicht hat, deaktiviert sie die Ladungspumpe 18. Wird V_INT ungleich dem ersten vorbestimmten Wert, oder wird er gleich einem zweiten vorbestimmten Wert, der zusammen mit dem ersten vorbestimmten Wert ein vorbestimmtes Spannungsfenster definiert, welches mit einer (unten in Verbindung mit 3 beschriebenen) Hystereseschaltung erzeugt wird, aktiviert die Reglerschaltung 20 die Ladungspumpe 18, damit diese erneut den Erzeugungs-Regel-Zyklus aufnimmt. Für den Einsatz in der Regelschaltung 16 eignen sich bekannte Ladungspumpen oder andere Arten von Spannungserzeugungsschaltungen.
2 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der in 1 gezeigten Reglerschaltung 20. Die Reglerschaltung 20 enthält eine Spannungsklemmschaltung 22, die an einen Spannungsteiler 24 gekoppelt ist. Der Spannungsteiler 24 ist zwischen die Versorgungsspannung V_CC und die durch die Ladungspumpe 18 (1) erzeugte Spannung V_INT geschaltet. Ein Schwellenwertdetektor 26 liegt zwischen dem Spannungsteiler 24 und der von der Ladungspumpe 18 (1) kommenden Spannung V_INT. Die Klemmschaltung 22 arbeitet in der Weise, daß sie den Hub verringert, um den sich V_INT bei Schwankungen von V_CC verschiebt.
Genauer gesagt, enthält der Spannungsteiler 24 mehrere Lastelemente 28, die zwischen der Versorgungsspannung V_CC und der intern erzeugten Spannung V_INT in Serie liegen. Wie gezeigt, ist die exakte Anzahl der Lastelemente 28 solange nicht kritisch, wie zumindest zwei von ihnen vorhanden sind. Die Serienverbindung der Lastelemente 28 bildet Verbindungspunkte oder Knoten 30 zwischen aufeinanderfolgenden Paaren benachbarter Lastelemente 28. Wie dargestellt, gibt es einen Verbindungspunkt weniger, als Lastelemente vorhanden sind. Anschlüsse 32 und 34 der Klemmschaltung 22 sind an ein ausgewähltes Paar von Verbindungspunkten 30 gekoppelt. Weiterhin kann einer der Anschlüsse 32 und 34 an einen Verbindungspunkt 30 und der andere der Anschlüsse 32 und 34 an V_INT gekoppelt gekoppelt sein. Einer der Verbindungspunkte 30 wird als Lesespannungsanschluß 36 gewählt, der an einen Eingangsanschluß 38 des Detektors 26 gekoppelt ist. Ein Ausgangsanschluß 40 des Detektors 26 ist an den Steueranschluß 19 der Ladungspumpe 18 gekoppelt (1). Eine solche Reglerschaltung 20 eignet sich besonders für Anwendungsfälle, bei denen V_INT auf einem Wert unterhalb dessen von V_CC gehalten wird.
Wenn im Betrieb V_INT ansteigt, steigt auch die Lesespannung V_S am Anschluß 36 proportional an zu dem Verhältnis der Anzahl des Werts der Lastelemente 28, die sich zwischen dem Anschluß 36 und V_INT befinden, zu der Anzahl und dem Wert der Lastelemente 28 zwischen V_CC und V_INT. Wenn die Lesespannung V_S über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt, erkennt der Detektor 26, daß die Lesespannung an diesem Wert vorbeigegangen ist und gibt ein Signal am Anschluß 40 aus, um die Ladungspumpe 18 zu aktivieren oder ”einzuschalten”. Die Ladungspumpe 18 arbeitet nun so, daß sie die interne Spannung V_INT absenkt. Nachdem die Spannung V_INT weit genug abgefallen ist, so daß die Lesespannung V_S unter den vorbestimmten Wert sinkt, erzeugt der Detektor 26 an seinem Anschluß 40 ein Signal zum Deaktivieren, d. h. zum ”Ausschalten” der Ladungspumpe 18. Auf diese Weise hält die Reglerschaltung V_INT auf einem geregelten Wert. Wie weiter unten in Verbindung mit 3 erläutert werden wird, kann der Detektor 26 mit einer Hysterese behaftet sein, so daß er nachweist, wann die Lesespannung V_S an zwei vorbestimmten Werten vorbeigeht, an einem, um die Ladungspumpe 18 einzuschalten, an dem zweiten, unteren vorbestimmten Wert, um die Ladungspumpe 18 auszuschalten. Eine solche Hysterese kann unter anderem ein Schwingen der durch den Detektor und die Ladungspumpe gebildeten Schleife um einen einzelnen vorbestimmten Schwellenwert herum vermeiden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, und wenn man die Klemmschaltung 22 vorübergehend außer Acht läßt, steigt mit einer Zunahme von V_CC auch die Lesespannung V_S am Anschluß 36. Somit muß V_INT auf eine niedrigere Spannung gebracht werden, damit der Schwellenwertdetektor 26 die Ladungspumpe 18 ausschaltet. Wenn V_CC ansteigt, fällt im Ergebnis der geregelte Wert von V_INT. Um die gegenseitige Abhängigkeit oder Empfindlichkeit zwischen V_CC und V_INT zu verringern, ist die Klemmschaltung 22 vorgesehen, wie oben diskutiert wurde. Im Betrieb verhindert die Klemmschaltung, daß die Spannung zwischen den Anschlüssen 32 und 34 einen vorbestimmten Klemm-Wert übersteigt. D. h.: Die Klemmschaltung 22 begrenzt die Spannung zwischen den Anschlüssen 32 und 34 auf den vorbestimmten Klemm-Wert. Nachdem diese vorbestimmte Klemmspannung erreicht worden ist, beseitigt die Klemmschaltung 22 im Endeffekt aus dem Teiler 24 diejenigen Lastelemente 28, die sich zwischen den Anschlüssen 32 und 34 befinden. Dies ermöglicht es V_INT, einen größeren proportionalen Effekt auf die Lesespannung V_S am Anschluß 36 zu haben. Damit braucht die Ladungspumpe 18 V_INT nicht soweit zum Auslösen des Detektors 24 abzusenken, wie es erforderlich wäre, wenn man die Klemmschaltung 22 wegließe.
Obschon – wie oben angegeben – die Anschlüsse 32 und 34 zwischen irgendeinem Paar von Verbindungspunkten 30 oder zwischen einem Verbindungspunkt 30 und die Spannung V_INT gekoppelt werden können, besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin, daß die Anschlüsse 32 und 34 an irgendein Paar von Verbindungspunkten 30 gekoppelt werden, die sich zwischen dem Anschluß 36 und der Spannung V_INT einschließlich befinden, d. h., eingeschlossen der Verbindungspunkt, an den der Anschluß 36 gekoppelt ist, und der Anschluß des Lastelements 28n, der an V_INT gekoppelt ist.
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der in 2 gezeigten Spannungsreglerschaltung 20. Bei dieser Ausführungsform wird die Reglerschaltung 20 dazu benutzt, eine Sperr-Vorspannung V_BB zum Vorspannen eines Substrats (4) der die Reglerschaltung enthaltenden Schaltung in Sperrichtung zu regulieren. Wie im Stand der Technik bekannt, hat ein solches Sperr-Vorspannen Vorteile wie z. B. das Einstellen der Schwellenwerte der in dem Substrat gebildeten Transistoren. Wie dargestellt, wird die Klemmschaltung 22 aus einem Paar in Serie geschalteten, als Diode verschalteten FETs 42 und 44 gebildet. Der Spannungsteiler 24 enthält drei in Reihe geschaltete Lastelemente 28 ₁, 28 ₂, und 28 ₃. Wenngleich als Einzelwiderstand dargestellt, kann das Lastelement 28 ₁ aus mehreren Lastelementen anderer Typen gebildet werden, bspw. aus als Diode verschalteten Langkanal-FETs. Das Lastelement 28 ₂ wild aus einem als Diode verschalteten FET 26 gebildet, und das Lastelement 28 ₃ wird aus einem Langkanal-FET 48 gebildet. Wie gezeigt, ist die Klemmschaltung 22 quer zu, d. h. parallel mit dem Langkanal-Transistor 48 geschaltet. Die Gates, die Drains und die Sources der Transistoren 42, 44, 46 und 48 sind mit G, D bzw. S gekennzeichnet.
Der Schwellenwertdetektor 26 enthält einen Versorgungsspannungsanschluß 50 und einen Referenzanschluß 52. Ein Lastbauelement 54, welches, auch wenn als Einzeltransistor dargestellt, aus einem oder mehreren Arten von Lastelementen bestehen kann, bspw. einem oder mehreren Transistoren, ist zwischen einen Anschluß 50 und den Drainanschluß eines FET 56 geschaltet. Gate und Source des Transistors 56 sind an den Eingangsanschluß 38 und einen Referenzanschluß 52 gekoppelt. Drei Negatoren 58a–c liegen in Reihe zwischen dem Drain des Transistors 56 und dem Ausgangsanschluß 40. Obschon drei Negatoren 58a–c dargestellt sind, kann man irgendeine ungerade Anzahl von Negatoren einsetzen. Das Gate von FET 60 ist mit dem Ausgangsanschluß 40 gekoppelt, Source und Drain des Transistors 60 sind mit einem Referenzanschluß 52 bzw. der Source eines FET 62 gekoppelt. Gate und Drain des FET 62 sind mit dem Eingangsanschluß 38 bzw. dem Drain des Transistors 56 gekoppelt. Die Kombination aus den Negatoren 58 und den Transistoren 60 und 62 bildet eine Hystereseschaltung 64. Bei einem Aspekt der Erfindung ist das Gate des Transistors 60 der Hystereschaltungs-Eingangsanschluß, das Gate des Transistors 62 ist der Hysterese-Steueranschluß, und der Drain des Transistors 62 ist der Hystereseschaltungs-Treiberanschluß. Wie oben für die Schaltungen 22 und 24 diskutiert, sind Gates, Drains und Sources der Transistoren 56, 60 und 62 mit G, D und S bezeichnet. Bei einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Hystereseschaltung 64 weggelassen, und der Drain des Transistors 56 kann direkt mit dem Ausgangsanschluß 40 gekoppelt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt V_CC etwa 3 bis 6 Volt. V_BB auf etwa zwischen –1 und –2 Volt geregelt und V_REF entspricht etwa Masse oder null Volt. Allerdings können verschiedene Spannungen verwendet werden, solange V_REF zwischen V_CC und V_BB liegt. Außerdem haben Lastelemente 28 ₁ und 54 annähernd gleiche Impedanzwerte von 2 Megaohm bzw. 200 Kiloohm. Das Verhältnis Breite/-Länge der Transistoren 42, 44, 46, 48, 56, 60 und 62 beträgt etwa 6 Mikrometer/1 Mikrometer; 6/1; 2/2; 2/6,5; 6/1,5; 6/1 bzw. 6/1.
Wenn im Betrieb die Spannung V_BB steigt, steigt auch die Lesespannung V_S am Anschluß 36 des Spannungsteilers 24. Entspricht die Lesespannung V_S etwa der Schwellenspannung des Transistors 56 oberhalb V_REF, schaltet der Transistor 56 ein, d. h. wird leitend. Wenn die Lesespannung V_S weiter ansteigt, gelangt der Transistor 56 in Sättigung und treibt damit die Spannung an seinem Drain auf etwa V_REF. Die Spannung an dem Drain des Transistors 56 wird als logisch niedrig betrachtet; da der Wert über Negatoren 58 läuft, erzeugt der Negator 58c am Anschluß 40 einen logisch hohen Pegel. Diese logisch hohe Spannung aktiviert die Ladungspumpe 18, die damit beginnt, die Spannung V_BB einen niedrigeren Pegel zu treiben. Der logisch hohe Pegel am Anschluß 40 schaltet außerdem den Transistor 60 ein, und die Lesespannung V_S schaltet den Transistor 62 ein. Damit verstärken die Transistoren 60 und 62 die in Sättigung oder nahezu in Sättigung arbeiten, die Spannung V_REF am Drain des Transistors 56. D. h.: Die Transistoren 60 und 62 bilden eine Hysterese für den Detektor 26, so daß die Lesespannung V_S auf einen Wert abfallen muß, der niedriger ist als derjenige, bei dem der Transistor 56 eingeschaltet wird, damit der Detektor 26 einen logisch niedrigen Pegel ausgibt und damit die Ladungspumpe 18 abschaltet. Die Wirkung der Hystereseschleife besteht also in der Bildung eines Schwellenfensters mit einem oberen und einem unteren vorbestimmten Wert. Wenn die Lesespannung V_S über den oberen Wert steigt, d. h. über den ersten vorbestimmten Wert, schaltet der Detektor 26 die Ladungspumpe 18 an, und wenn die Lesespannung V_S unter den unteren Wert abfällt, d. h. unter den zweiten vorbestimmten Wert, schaltet der Detektor 26 die Ladungspumpe 18 aus. Auf diese Weise hält die Reglerschaltung 20 die Spannung V_BB in einem vorbestimmten Bereich, der sich einstellen läßt, indem man das Schwellenfenster des Detektors 26 verändert.
Um die empfindliche Abhängigkeit zwischen V_CC und sowohl der Lesespannung V_S als auch V_BB zu verringern, ist die Klemmschaltung 22 parallel zu dem Langkanal-Transistor 48 geschaltet. Weil die Klemmschaltung 22 zwei in Reihe geschaltete, jeweils als Diode verschaltete Transistoren 42 und 44 enthält, entspricht die Klemmspannung etwa der Summe der Schwellenwerte der Transistoren 42 und 44. Gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt die durch die Klemmschaltung 22 geschaffene Klemmspannung etwa 1 bis 2 Volt. Wenn die Spannung an dem Transistor 48 über die Klemmspannung hinaus ansteigt, hält die Klemmspannung 22 die Spannung am Transistor 48 auf einem etwa konstanten Wert und reduziert oder beseitigt die Einflüsse des durch den Transistor 48 gebildeten Widerstands. Während also lediglich der Widerstand des Transistors 46 wirksam zwischen V_BB und der Lesespannung liegt, führt eine Änderung von V_BB zu einer größeren proportionalen Änderung der Lesespannung V_S. Wenn also V_CC über einen gewissen Pegel hinaus zunimmt, klemmt die Klemmschaltung 22 die Spannung am Transistor 48 und ermöglicht der Reglerschaltung 20, V_BB auf einem höheren Wert zu halten, als dies möglich wäre ohne die Klemmschaltung 22. D. h.: Bei Änderungen von V_CC verringert oder beseitigt die Klemmschaltung 22 die entsprechenden Spannungen von V_BB. Deshalb kann die Reglerspannung 20 V_BB auf einem konstanteren Wert halten.
4 ist eine Querschnittansicht eines n-Kanal-FETs 65, der in einem p-Substrat 66 ausgebildet ist. Der Transistor 65 enthält ein leitendes Gate 68, eine Gateisolierung oder ein Gate-Dielektrikum 70, ein Drain 72 und eine Source 74. Durch Vorspannen des Substrats 66 auf eine negative Spannung gegenüber der Source 74 läßt sich der Schwellenwert des Transistors 65 einstellen. Außerdem können andere bekannte Vorteile erzielt werden. Bei einem n-Substrat mit einem p-Kanal-Transistor (beide nicht dargestellt) wäre die Sperr-Vorspannung positiv.
5 ist eine graphische Darstellung einer Computersimulation, bei der das Ausgangssignal des Detektors 26 (als ausgezogene Linie gezeichnet) mit vorhandener Klemmschaltung 22 einerseits und das Ausgangssignal des Detektors 26 (durch eine gestrichelte Linie dargestellt) ohne die Klemmschaltung 22 gegenüber V_BB für V_CC = 2,5 Volt aufgetragen sind. Wie dargestellt, schaltet bei vorhandener Klemmschaltung 22 die Reglerschaltung 20 die Ladungspumpe 18 aus, wenn V_BB auf etwa –1,1 Volt abfällt, und schaltet die Ladungspumpe ein, wenn V_BB auf etwa –0,7 Volt ansteigt. Ohne vorhandene Klemmschaltung 22 schaltet die Reglerschaltung 20 die Ladungspumpe 18 aus, wenn V_BB auf etwa –1,2 Volt liegt, und schaltet die Ladungspumpe 18 ein, wenn V_BB –0,8 Volt beträgt.
In 6 ist eine ähnliche graphische Darstellung wie in 5 für V_CC = 4 Volt gezeigt. Wie dargestellt, schaltet bei vorhandener Klemmschaltung 22 die Reglerschaltung 20 die Ladungspumpe 18 aus, wenn V_BB etwa -1,3 Volt beträgt, und sie schaltet die Ladungspumpe 18 ein, wenn V_BB etwa –1,1 Volt beträgt. Bei fehlender Klemmschaltung 22 schaltet die Reglerschaltung 20 die Ladungspumpe 18 aus, wenn V_BB etwa –1,7 Volt beträgt, und schaltet die Ladungspumpe ein, wenn V_BB etwa –1,4 Volt beträgt.
Aus 5 und 6 ist ersichtlich, daß zwei Auslösepunkte, nämlich Ladungspumpe aus und Ladungspumpe ein, für die die Klemmschaltung 22 beinhaltende Reglerschaltung 20 sich um –0,2 bzw. –0,4 Volt zwischen V_CC = 2,5 Volt und V_CC = 4 Volt geändert haben. Bei der Reglerschaltung ohne die Klemmschaltung 22 betragen die Differenzen der Ausschalt- und Einschaltpunkte –0,5 und –0,6 Volt. Somit verringert die Klemmschaltung signifikant die Verschiebung von V_BB bei Änderung von V_CC.
Es ist außerdem ersichtlich, daß zwar spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Anschauungszwecken erläutert wurden, aber dennoch zahlreiche Modifizierungen ohne Abweichung vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung möglich sind. Bspw. können die n-Kanal-Transistoren ersetzt werden durch p-Kanal-Transistoren oder durch Bipolartransistoren.

Claims

Schaltung (20) zum Regeln einer Spannung durch Steuern eines Spannungserzeugers (18), umfassend: einen Spannungsteiler (24), der zwischen die geregelte Spannung (V_int) und eine Versorgungsspannung (V_cc) gekoppelt und betreibbar ist, um eine Lesespannung zu erzeugen; eine Klemmschaltung (22), die parallel zum Teiler (24) gekoppelt und betreibbar ist, um die empfindliche Abhängigkeit zwischen der Versorgungsspannung (V_cc) und der regulierten Spannung (V_int) dadurch zu verringern, dass die Spannung an der Klemmschaltung (22) im wesentlichen daran gehindert wird, einen vorbestimmten Wert zu übersteigen; und eine Detektorschaltung (26), die zwischen den Teiler (24) und den Spannungserzeuger (18) gekoppelt und betreibbar ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches den Spannungserzeuger (18) deaktiviert, wenn die Lesespannung einen ersten vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und den Spannungserzeuger (18) aktiviert, wenn die Lesespannung einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente (28 ₁...28 _n) enthält, die in Serie zwischen der geregelten und der Versorgungsspannung (V_cc) liegen und Verbindungspunkte (30 ₁...30 _n-1) zwischen aufeinanderfolgenden Paaren der Elemente bilden, und die dazu dienen, die Lesespannung an einem der Verbindungspunkte zu erzeugen; und die Klemmschaltung (22) einen ersten Klemmanschluß (32) aufweist, der mit einem der Verbindungspunkte gekoppelt ist, und einen zweiten Klemmanschluß (34) aufweist, der mit einem weiteren der Verbindungspunkte zwischen dem Verbindungspunkt, an welchem die Lesespannung erzeugt wird, und der geregelten Spannung, oder mit der geregelten Spannung gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente (28 ₁...28 _n) aufweist, die in Serie zwischen die Versorgungsspannung und die geregelte Spannung gekoppelt sind und Verbindungspunkte (30 ₁...30 _n-1) zwischen aufeinanderfolgenden Elementen bilden, wobei der Teiler (24) so betreibbar ist, dass er die Lesespannung an einem ausgewählten der Verbindungspunkte erzeugt; und die Klemmschaltung (22) zwischen ein Paar von Knoten gekoppelt ist, ausgewählt aus dem ausgewählten Verbindungspunkt, der geregelten Spannung und solchen Verbindungspunkten, die zwischen dem ausgewählten Verbindungspunkt und der geregelten Spannung liegen.
Schaltung nach Anspruch 3, bei der ein oder mehrere der Lastelemente (28 ₁...28 _n) jeweils einen als Diode verschalteten Transistor mit einem Langkanal aufweisen.
Schaltung nach Anspruch 3, bei der die Klemmschaltung einen oder mehrere, jeweils als Diode verschaltete Transistoren in Reihenschaltung enthält.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente enthält, die in Serie zwischen der Versorgungsspannung (V_cc) und der geregelten Spannung (V_int) liegen und Verbindungspunkte zwischen aufeinanderfolgenden Elementen definieren, wobei der Teiler (24) so betreibbar ist, dass er die Lesespannung an einem ausgewählten der Verbindungspunkte erzeugt; und die Klemmschaltung (22) parallel zu dem Lastelement gekoppelt ist, welches an die geregelte Spannung (V_cc) geschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Detektorschaltung (26) aufweist: ein an die Versorgungsspannung (V_cc) gekoppeltes Lastelement (54); und einen Schalter (56, 62), der in Serie zwischen dem Lastelement (54) und einer Referenzspannung liegt und mit einem Steueranschluß die Lesespannung empfängt, wobei der Schalter dazu dient, das Steuersignal an dem Verbindungspunkt des Schalters (56, 62) und des Lastelements (54) dadurch zu erzeugen, dass er schließt, wenn die Lesespannung den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, und öffnet, wenn die Lesespannung geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
Schaltung nach Anspruch 7, bei der die Detektorschaltung außerdem einen Negator (58) aufweist, der mit einem Eingang an den Verbindungspunkt gekoppelt ist und dazu dient, an seinem Ausgang (40) das Steuersignal zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Detektorschaltung eine zwischen dem Teiler (24) und dem Spannungserzeuger (18) vorhandene Hystereseschaltung aufweist.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der der erste vorbestimmte Schwellenwert kleiner ist als der zweite vorbestimmte Schwellenwert.
Schaltung zum Regeln einer geregelten Spannung durch Steuern einer Ladungspumpe (18), welche die geregelte Spannung erzeugt und einen Ladungspumpen-Steueranschluß aufweist, umfassend: einen Spannungsteiler (24), der mit einem geregelten Anschluß an die geregelte Spannung (V_int) gekoppelt ist, mit einem Speiseanschluß, der an eine Versorgungsspannung (V_cc) gekoppelt ist, und mit einem Leseanschluß, der eine Lesespannung führt; eine Klemmschaltung (22), die parallel zum Teiler gekoppelt und betreibbar ist, um das Ausmaß der Lesespannungsänderungen zu reduzieren, wenn die Versorgungsspannung sich ändert, indem verhindert wird, dass die Spannung an der Klemmschaltung (22) einen vorbestimmten Wert übersteigt; und eine Detektorschaltung (26) mit einem Detektoreingangsanschluß, der an den Leseanschluß gekoppelt ist, und mit einem Detektorausgangsanschluß, der an den Ladungspumpen-Steueranschluß (19) gekoppelt ist, wobei der Detektorausgangsanschluß (40) ein Steuersignal führt, welches die Ladungspumpe (18) deaktiviert, wenn die Lesespannung gleich einem ersten vorbestimmten Wert wird, und die Ladungspumpe (18) aktiviert, wenn die Lesespannung ungleich dem ersten vorbestimmten Schwellenwert wird.
Schaltung nach Anspruch 11, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente (28 ₁...28 _n) aufweist, die in Reihe zwischen dem geregelten und dem Speiseanschluß liegen und zwischen aufeinanderfolgenden Elementen Verbindungspunkte (30 ₁...30 _n-1) definieren; der Leseanschluß an einen der Verbindungspunkte gekoppelt ist; und die Klemmschaltung (22) einen ersten Klemmanschluß (32) aufweist, der an einen der Verbindungspunkte gekoppelt ist, und einen zweiten Klemmanschluß (34) aufweist, der entweder an einen weiteren der Verbindungspunkte zwischen dem Leseanschluß und dem geregelten Anschluß oder an den geregelten Anschluß gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 12, bei der eines oder mehrere der Lastelemente einen widerstandsbehafteten Transistor (46, 48) in Diodenverschaltung aufweist.
Schaltung nach Anspruch 12, bei der die Klemmschaltung einen oder mehrere in Serie geschaltete Transistoren jeweils in Diodenverschaltung enthält.
Schaltung nach Anspruch 11, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente aufweist, die in Serie zwischen den Speise- und den geregelten Anschluß geschaltet sind und Verbindungspunkte zwischen benachbarten Elementen definieren; der Leseanschluß an einen der Verbindungspunkte gekoppelt ist; und die Klemmschaltung (22) einen ersten und einen zweiten Klemmanschluß aufweist, gekoppelt an einen ersten und einen zweiten Verbindungspunkt, die sich innerhalb des Leseanschlusses und des geregelten Anschlusses befinden.
Schaltung nach Anspruch 11, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente aufweist, die in Serie zwischen dem Speise- und dem geregelten Anschluß liegen und zwischen aufeinanderfolgenden Elementen Verbindungspunkte definieren; der Leseanschluß an einen der Verbindungspunkte gekoppelt ist; und die Klemmschaltung (22) parallel zu dem Lastelement geschaltet ist, welches mit dem geregelten Anschluß gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 11, bei der die Detektorschaltung (26) außerdem aufweist: einen Detektorreferenzanschluß (V_Ref) und einen Detektorspeiseanschluß (V_cc); mindestens ein Lastelement (54) mit einem ersten Lastanschluß, der an den Detektorspeiseanschluß gekoppelt ist, und einem zweiten Lastanschluß, der an den Detektorausgangsanschluß gekoppelt ist; und einen ersten Schalter (56) mit einem ersten Anschluß, welcher mit dem Detektorausgangsanschluß (40) gekoppelt ist, einem zweiten Anschluß (52), der mit dem Detektorreferenzanschluß gekoppelt ist, und einem Steueranschluß (38), der mit dem Detektoreingangsanschluß gekoppelt ist, wobei der Schalter schließt, wenn die Lesespannung die vorbestimmte Schwellenspannung überschreitet, und öffnet, wenn die Lesespannung geringer ist als die vorbestimmte Schwellenspannung.
Schaltung nach Anspruch 17, bei der die Detektorschaltung außerdem eine ungerade Anzahl von in Reihe geschalteten Negatoren (58a, b, c) zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Schalteranschlusses und dem zweiten Lastanschluß einerseits und dem Detektorausgangsanschluß (40) andererseits aufweist, wobei ein erster (58a) der Negatoren mit einem Negator-Eingangsanschluß an den Verbindungspunkt gekoppelt ist und ein letzter (58c) der Negatoren mit einem Negator-Ausgangsanschluß an den Detektorausgangsanschluß (40) gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 18, bei der die Detektorschaltung (26) außerdem eine Hystereseschaltung (64) mit einem Hystereseeingangsanschluß, der an den Detektorausgangsanschluß (40) gekoppelt ist, und einem Hysterese-Treiberanschluß, der an den ersten Anschluß gekoppelt ist, aufweist.
Schaltung nach Anspruch 19, bei der die Hystereseschaltung (64) außerdem enthält: einen mit dem Detektoreingangsanschluß (40) gekoppelten Hysterese-Steueranschluß; einen mit dem Detektor-Referenzanschluß (52) gekoppelten Hysterese-Ausgangsanschluß; einen zweiten Schalter (60) mit einem ersten Anschluß, einem zweiten, mit dem Hysterese-Ausgangsanschluß gekoppelten Anschluß, und einem mit dem Hysterese-Eingangsanschluß gekoppelten Steueranschluß; und einen dritten Schalter (62) mit einem mit dem Hysterese-Treiberanschluß gekoppelten ersten Anschluß, einem mit dem Hysterese-Steueranschluß gekoppelten Steueranschluß und einem mit dem ersten Anschluß des zweiten Schalters (60) gekoppelten zweiten Anschluß.
Schaltung nach Anspruch 11, bei der die Detektorschaltung (26) außerdem eine Hystereseschaltung (64) mit einem Hysterese-Eingangsanschluß, der an den Detektorausgangsanschluß gekoppelt ist, und mit einem an den Detektor-Eingangsanschluß gekoppelten Hysterese-Steueranschluß aufweist.
Schaltung nach Anspruch 11, bei der die Detektorschaltung (26) die Ladungspumpe (18) aktiviert, wenn die Lesespannung gleich einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert wird.
Speicherschaltung, umfassend: einen Speiseanschluß (V_cc) zum Empfangen einer Versorgungsspannung; eine Steuerschaltung (12) zum Empfangen von Adressen-, Daten- und Steuersignalen; ein Feld (14) von Speicherzellen in Kommunikation mit der Steuerschaltung (12); und eine Spannungsschaltung (16) zur Bereitstellung einer geregelten Spannung (V_int), umfassend: eine Ladungspumpe (18) zum Erzeugen der geregelten Spannung; einen Spannungsteiler (24), der zwischen die geregelte Spannung (V_int) und den Speiseanschluß (V_cc) gelegt ist und dazu dient, eine Lesespannung zu erzeugen; eine Klemmschaltung (22), die parallel zum Teiler (24) gekoppelt und betreibbar ist, um die Empfindlichkeit zwischen der geregelten Spannung und der Lesespannung dadurch zu steigern, dass im wesentlichen verhindert wird, dass die Spannung an der Klemmschaltung (22) einen vorbestimmten Wert übersteigt; und eine Detektorschaltung (26), die zwischen dem Teiler (24) und der Ladungspumpe (18) liegt und dazu dient, ein Steuersignal zu erzeugen, welches die Ladungspumpe deaktiviert, wenn die Lesespannung einen ersten vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und die Ladungspumpe (18) aktiviert, wenn die Lesespannung einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
Schaltung nach Anspruch 23, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente (28 ₁...28 _n) enthält, die in Serie zwischen die geregelte Spannung und den Speiseanschluß gekoppelt sind und Verbindungspunkte (30 ₁...30 _n-1) zwischen benachbarten Paaren der Elemente definieren, wobei der Spannungsteiler (24) dazu dient, die Lesespannung an einem ausgewählten Verbindungspunkt der Verbindungspunkte zu erzeugen; und die Klemmschaltung (22) einen ersten Klemmanschluß aufweist, der an einen (32) der Verbindungspunkte gekoppelt ist, und einen zweiten Klemmanschluß aufweist, der entweder an einen weiteren (34) der Verbindungspunkte zwischen dem ausgewählten Verbindungspunkt und der geregelten Spannung gekoppelt ist, oder an die geregelte Spannung gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 23, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente enthält, die in Reihe zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (V_cc) und der geregelten Spannung (V_int) liegen und zwischen aufeinanderfolgenden Elementen Verbindungspunkte (30 ₁...30 _n-1) definieren, wobei der Teiler dazu dient, die Lesespannung an einem ausgewählten Punkt der Verbindungspunkte zu erzeugen; und die Klemmschaltung (22) zwischen ein paar Knoten gekoppelt ist, welche den ausgewählten Verbindungspunkt, die geregelte Spannung und solche Verbindungspunkte beinhalten, die sich zwischen dem ausgewählten Verbindungspunkt und der geregelten Spannung befinden.
Schaltung nach Anspruch 23, bei der der Spannungsteiler (24) mehrere Lastelemente (28 ₁...28 _n) enthält, die in Reihe zwischen der Versorgungsspannung und der geregelten Spannung liegen und Verbindungspunkte (30 ₁...30 _n-1) zwischen aufeinanderfolgenden Elementen definieren, wobei der Teiler dazu dient, die Lesespannung an einem ausgewählten Punkt der Verbindungspunkte zu erzeugen; und die Klemmschaltung (22) parallel zu dem Lastelement liegt, welches an die geregelte Spannung gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 26, bei der ein oder mehrere der Lastelemente einen als Diode verschalteten Transistor mit einem relativ langen Kanal enthalten.
Schaltung nach Anspruch 26, bei der die Klemmschaltung (22) einen oder mehrere, jeweils als Diode verschaltete Transistoren (42, 44) in Reihe enthält.
Schaltung nach Anspruch 23, bei der die Detektorschaltung (26) aufweist: ein Lastelement mit einem ersten Anschluß, der an den Versorgungsspannungsanschluß (V_cc) gekoppelt ist, und einem zweiten Anschluß; und einen Schalter (56, 62), der in Serie zwischen dem zweiten Anschluß und einer Referenzspannung liegt, und der einen Steueranschluß aufweist, welcher die Lesespannung empfängt, wobei der Schalter zum Erzeugen des Steuersignals an dem zweiten Anschluß dient, indem er schließt, wenn die Lesespannung die vorbestimmte Schwellenspannung übersteigt, und öffnet, wenn die Lesespannung geringer ist als die vorbestimmte Schwellenspannung.
Schaltung nach Anspruch 23, bei der die Speicherschaltung außerdem ein Substrat enthält, in welchem mehrere Transistoren ausgebildet sind; und die geregelte Spannung (V_int) an das Substrat als Sperr-Vorspannung gelegt wird.
Verfahren zum Regeln einer Spannung, umfassend: Erzeugen mehrerer Zwischenspannungen zwischen der geregelten Spannung und einer Speisespannung; Deaktivieren einer die geregelte Spannung erzeugenden Schaltung, wenn eine ausgewählte Spannung unter den Zwischenspannungen eine erste vorbestimmte Spannung erreicht; Aktivieren der Schaltung, wenn die ausgewählte Spannung eine zweite vorbestimmte Spannung erreicht; und Klemmen der Differenz zwischen einem Paar von Zwischenspannungen oder einer der Zwischenspannungen und der geregelten Spannung mittels einer zu der die geregelte Spannung erzeugenden Schaltung (24) parallel geschalteten Klemmschaltung (22), um die Empfindlichkeit zwischen der Speisespannung und der ausgewählten Zwischenspannung zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 31, bei der das Klemmen beinhaltet: Klemmen der Differenz zwischen einer ersten der Zwischenspannungen und entweder einer zweiten der Zwischenspannungen, die zwischen der ausgewählten Zwischenspannung und der geregelten Spannung liegt, oder der geregelten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 31, bei der das Klemmen außerdem beinhaltet: Klemmen der Differenz zwischen einer ersten der Zwischenspannungen oder der ausgewählten Zwischenspannung, und einer zweiten der Zwischenspannungen oder der geregelten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 31, bei der die zweite vorbestimmte Spannung größer als die erste vorbestimmte Spannung ist.