DE19716430A1 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung, mit der integrierte Schaltungen betreibbar sind.

Mit zunehmender Integrationsdichte bei integrierten Schaltun­ gen nehmen die Abmessungen der integrierten Bauteile immer kleinere Werte an. Insbesondere bei Halbleiterspeichern, bei denen die Speicherkapazität und damit die Anzahl der Spei­ cherzellen immer weiter vorangetrieben wird, ist ein geringer Platzbedarf pro Speicherzelle von großer Bedeutung.

Die höhere Integrationsdichte führt jedoch dazu, daß im Ver­ gleich zu Speichern geringerer Integrationsdichte die elek­ trische Feldstärke an den einzelnen Bauteilen der integrier­ ten Schaltung, zum Beispiel an den Gateoxiden von Transisto­ ren, größer ist. Somit steigt auch der Streß, der auf die Bauteile ausgeübt wird und führt zu einem Anwachsen der Aus­ fallzahlen. Um dies zu vermeiden, werden die Zellenfelder von Halbleiterspeichern mit einer internen Versorgungsspannung betrieben. Diese liegt in der Regel unterhalb der externen Versorgungsspannung, mit der die außerhalb der Zellenfelder liegende äußere Schaltung betrieben wird. So wird beispiels­ weise für das Zellenfeld die Spannung der äußeren Schaltung von 5 V auf die interne Versorgungsspannung von 3,3 V herab­ gesetzt. Zur Herabsetzung der Spannung sind verschiedene Schaltungen bekannt.

Die Abhängigkeit der Lebensdauer des Zellenfeldes von der an­ stehenden internen Versorgungsspannung und dem daraus resul­ tierenden elektrischen Feld macht man sich beim sogenannten Burn-In-Test zunutze. Dabei wird das Zellenfeld mit einer hö­ heren Spannung als der zum ordnungsgemäßen Betrieb verwende­ ten internen Versorgungsspannung betrieben. Durch die sich ergebenden Ausfälle der Speicher ist eine Qualitätskontrolle möglich.

Von außen kann an den Halbleiterspeicher nur die externe Ver­ sorgungsspannung angelegt werden. Die interne Versorgungs­ spannung, die möglichst konstant und unabhängig von äußeren Störeinflüssen sein soll, wird von einem eigens dafür vorge­ sehenen Spannungsgenerator erzeugt. Da die interne Versor­ gungsspannung von dem Spannungsgenerator auf einen bestimmten Wert geregelt wird, führt eine Erhöhung der externen Versor­ gungsspannung nicht gleichfalls zu einer Erhöhung der inter­ nen Versorgungsspannung. Mit herkömmlichen Spannungsgenerato­ ren ist deshalb die Durchführung des Burn-In-Tests nicht mög­ lich.

Aus der DE 42 26 048 A1 ist ein Spannungsgenerator bekannt, der, solange die externe Versorgungsspannung unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, eine geregelte und konstante interne Versorgungsspannung liefert. Überschreitet die externe Ver­ sorgungsspannung diesen bestimmten Wert, so wächst die inter­ ne Versorgungsspannung mit der externen Versorgungsspannung an. Das wird dadurch erreicht, daß einem die interne Versor­ gungsspannung erzeugenden Regelkreis, je nach dem, ob die ex­ terne Versorgungsspannung unterhalb oder oberhalb dieses be­ stimmten Wertes liegt, entweder eine konstante Vergleichs­ spannung oder die externe Versorgungsspannung zugeführt wird.

Nachteil dieses Spannungsgenerators ist es, daß eine relativ aufwendige Vorrichtung zum Burn-In-Test, in der Halbleiter­ speicher mit diesem Spannungsgenerator geprüft werden sollen, notwendig ist. Denn um die Halbleiterspeicher einem definier­ ten Streß auszusetzen, muß die externe Versorgungsspannung auf einem ganz bestimmten Wert, der dazu möglichst konstant sein soll, gehalten werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schal­ tungsanordnung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspan­ nung anzugeben, mit der auf einfache Weise eine definierte überhöhte interne Versorgungsspannung bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die überhöhte interne Ver­ sorgungsspannung gegenüber Schwankungen der externen Ver­ sorgungsspannung unempfindlich ist. Die Prüfung der Halblei­ terspeicher, in die die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung integriert ist, stellt an eine Prüfvorrichtung, z. B. zur Durchführung des Burn-In-Tests, nur geringe Anforderungen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Verlauf der internen Versorgungsspannung bei be­ kannten Schaltungsanordnungen,

Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 3 den Verlauf der internen Versorgungsspannung und der Referenzspannung bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanord­ nung.

Die Fig. 1a und 1b zeigen typische Verläufe der internen Versorgungsspannung von Spannungsgeneratoren nach dem Stand der Technik in Abhängigkeit von der externen Versorgungsspan­ nung. Nach einem linearen Anstieg der internen Versorgungs­ spannung bleibt diese innerhalb eines gewissen Bereiches der externen Versorgungsspannung konstant. Ab einem bestimmten Wert der externen Versorgungsspannung folgt die interne Ver­ sorgungsspannung der externen Versorgungsspannung. Dabei ist es möglich, daß ab diesem Wert, wie in Fig. 1a dargestellt die interne Versorgungsspannung mit der externen Versorgungs­ spannung identisch ist oder, wie in Fig. 1b gezeigt, linear mit der externen Versorgungsspannung ansteigt.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung der internen Versor­ gungsspannung V_CCint. Einer Vergleichseinrichtung VE werden eine Referenzspannung V_Referenz, die ein Referenzspannungsgene­ rator RG erzeugt, und die externe Versorgungsspannung V_CCext zugeführt.

Der Ausgang der Vergleichseinrichtung VE ist mit dem Steuer­ anschluß eines steuerbaren Widerstandes P10 verbunden. Der steuerbare Widerstand P10 ist zudem an der externen Versor­ gungsspannung V_CCext und an einem Anschluß, an dem die interne Versorgungsspannung V_CCint abgreifbar ist, angeschlossen. Die externe Versorgungsspannung V_CCext wird mit der Referenz­ spannung V_Referenz verglichen und der steuerbare Widerstand P10 so angesteuert, daß die interne Versorgungsspannung V_CCint den Wert der Referenzspannung V_Referenz oder einen Wert, der der Referenzspannung V_Referenz proportional ist, annimmt.

Der Referenzspannungsgenerator RG weist eine erste Spannungs­ quelle VREF1 und eine zweite Spannungsquelle VREF2 auf. Beil Spannungsquellen VREF1, VREF2 sind mit der externen Versor­ gungsspannung V_CCext verbunden. Sie sind beispielsweise je­ weils aus einer Doppelstromspiegelschaltung aufgebaut. Der Ausgang der ersten Spannungsquelle VREF1 ist mit dem einen kanalseitigen Anschluß eines ersten Schalttransitors P1 ver­ bunden. Ebenso ist der Ausgang der zweiten Spannungsquelle VREF2 mit dem einen kanalseitigen Anschluß eines zweiten Schalttransitors N1 verbunden. Die anderen kanalseitigen An­ schlüsse der Schalttransistoren N1 und P1 sind zusammenge­ schaltet und bilden den Ausgang des Referenzspannungsgenera­ tors RG. An diesem Ausgang steht die Referenzspannung V_Referenz an.

Die Steueranschlüsse der Schalttransistoren N1 und P1 sind miteinander verbunden und an den Ausgang eines Inverters ING angeschlossen. Der Eingang des Inverters INV liegt an einem ersten Schaltungsknoten K1. Zwischen dem Schaltungsknoten K2 und einem Bezugspotential V_SS liegt ein Widerstand R. Dieser Widerstand R kann beispielsweise durch einen Feldeffekt- Transistor gebildet werden. Zwischen der externen Versor­ gungsspannung V_CCext und dem ersten Schaltungsknoten K1 ist die Kanalseite eines dritten Schalttransistors P2 geschaltet. Der Steuereingang des dritten Schalttransistors P2 ist mit einem zweiten Schaltungsknoten K2 verbunden. Zwischen dem zweiten Schaltungsknoten K2 und dem Bezugspotential V_SS lieg­ eine Diodenkette DK. Die Diodenkette DK besteht aus wenig­ stens einer Diode. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt die Diodenkette 6 als Dioden geschaltete Transistoren (P3 bis P8).

Der zweite Schaltungsknoten K2 ist zudem über die Kanalseite eines vierten Schalttransistors P9 mit der externen Versor­ gungsspannung V_CCext verbunden. Der Steuerkontakt des vierten Schalttransistors P9 ist mit der ersten Spannungsquelle VREF1 verbunden. Dem Steueranschluß des vierten Schalttransistors P9 ist eine der externen Versorgungsspannung V_CCext proportio­ nale Spannung aufgeschaltet, die in der ersten Spannungsquel­ le VREF1 bereitgestellt ist.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird nachfolgend anhand von zwei Fällen, die sich aus ver­ schiedenen Werten für V_CCext ergeben, erläutert.

Liegt der Betrag der Versorgungsspannung V_CCext unterhalb ei­ nes bestimmten Grenzwertes, beispielsweise auf der üblichen Betriebsspannung des Speichers, so liegt der Schaltungsknoten K2 auf niedrigem Potential. Der Schalttransistor P2 schaltet durch und der Schaltungsknoten K1 nimmt ein höheres Potential an, als das Bezugspotential V_SS. Das ist gleichbedeutend da­ mit, daß am Eingang des Inverters INV ein Signalwert HIGH an­ liegt. Der Ausgang des Inverters INV nimmt folglich den Signalwert LOW an, wodurch der erste Schalttransistor P1 durchgeschaltet und der zweite Schalttransistor N1 gesperrt wird. Die Referenzspannung V_Referenz nimmt somit den Wert der Spannung der ersten Spannungsquelle VREF1 an.

Steigt die externe Versorgungsspannung V_CCext weiter an, so wächst auch das Potential am Schaltungsknoten K2 an. Erreicht die externe Versorgungsspannung V_CCext den Grenzwert, so sperrt der Schalttransistor P2 und der Schaltungsknoten K1 nimmt ein Potential an, das nur wenig über dem Bezugspotenti­ al V_SS liegt. Das entspricht einem Signalwert LOW am Eingang des Inverters INV. Der Ausgang des Inverters INV wird HIGH. Somit schaltet der zweite Schalttransistor N1 durch und der erste Schalttransistor P1 sperrt. Die Referenzspannung V_Referenz nimmt nun den Wert der Spannung der zweiten Spannungs­ quelle VREF2 an.

Es ist also allein von der Höhe der externen Versorgungsspan­ nung V_CCext abhängig, ob die Referenz V_Referenz von der ersten Spannungsquelle VREF1 oder der zweiten Spannungsquelle VREF2 bestimmt wird. Die erste Spannungsquelle VREF1 kann nun so ausgelegt werden, daß die Referenzspannung V_Referenz einen Wert annimmt, der geeignet ist, daß über die Vergleichseinrichtung VE und den steuerbaren Widerstand P10 die interne Versor­ gungsspannung V_CCint auf den zum Betrieb des Speicherfeldes üblichen Wert geregelt wird. Die zweite Spannungsquelle VREF2 kann dementsprechend so ausgelegt werden, daß die interne Versorgungsspannung V_CCint einen höheren Wert annimmt, als es zum Betrieb des Zellenfeldes üblich ist. Diese überhöhte in­ terne Versorgungsspannung dient dann zur Durchführung des Burn-In-Tests.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erlaubt es also, zwei unterschiedliche Spannungsniveaus der internen Versor­ gungsspannung V_CCint allein über die externe Versorgungsspan­ nung V_CCext auszuwählen.

In Fig. 3 ist die Abhängigkeit der internen Versorgungsspan­ nung V_CCint und der Referenzspannung V_Referenz von der externen Versorgungsspannung V_CCext bei der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung dargestellt. Die interne Versorgungsspannung V_CCint nimmt je nach Höhe der externen Versorgungsspannung V_CCext zwei definierte, unterschiedliche Werte an.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung mit Mitteln zur Erzeugung einer inter­ nen Versorgungsspannung (V_CCint), die zum Betrieb einer inte­ grierten Schaltung aus einer externen Versorgungsspannung (V_CCext) abgeleitet ist, mit einem Referenzspannungsgenerator (RG) der eine zu der externen Versorgungsspannung (V_CCext) proportionale Spannung erfaßt und in Abhängigkeit von der Hö­ he dieser Spannung eine Referenzspannung (V_Referenz) erzeugt, die die Mittel zur Erzeugung der internen Versorgungsspannung (V_CCint) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Referenzspannungsgenerator (RG) wenigstens zwei kon­ stante Spannungswerte der Referenzspannung (V_Referenz) erzeug­ bar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungsgenerator (RG) mindestens zwei Span­ nungsquellen (VREF1, VREF2) aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungsgenerator (RG) einen über einen Schal­ tungsknoten (K1) mit einer Diodenkette (DK) in Reihe geschal­ teten steuerbaren Widerstand (P9) aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Spannungsquellen (VREF1, VREF2) mit einer Doppelstromspiegelschaltung aufgebaut ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (P2, R, INV, N1, P1) in Abhängigkeit vom Potential am Schaltungsknoten (K1) so steuerbar ist, daß eine der Spannungsquellen (VREF1, VREF2) die Referenzspannung (V_Referenz) bestimmt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand (P9) kanalseitig zum einen mit dem externen Versorgungsspannung (V_CCext), zum anderen mit dem ei­ nen Ende der Diodenkette (DK) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Versorgungsspannung (V_CCint) proportional dem Spannungswert der Referenzspannung (V_Referenz) ist.