DE19955775A1

DE19955775A1 - Anordnung zur Spannungsversorgung einer elektronischen Schaltung

Info

Publication number: DE19955775A1
Application number: DE19955775A
Authority: DE
Inventors: Pramod Acharya; Andreas Taeuber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: DE19955775C2; US6489759B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Spannungsversorgung einer elektronischen Schaltung mit wenigstens zwei verschiedenen Versorgungsspannungen (VDD1, VDD2), bei der mittels eines Spannungsteilers (R¶1¶, R¶2¶, R¶3¶) aus der höchsten Versorungsspannung mehrere Standby-Versorgungsspannungen gewonnen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Span nungsversorgung einer elektronischen Schaltung mit wenigstens zwei Versorgungsspannungen (VDD1, VDD2, . . .) mit verschiede nen Spannungspegeln während eines Standby-(Bereitschafts-)Be triebsmodus, bei der die Versorgungsspannungen der elektroni schen Schaltung im aktiven Betriebsmodus über jeweils einen, jedem Spannungspegel zugeordneten Aktiv-Spannungsregler zuge führt sind.

Viele elektronische Schaltungen, wie beispielsweise ein eDRAM (embedded bzw. eingebetteter DRAM), haben zwei Betriebsmodi, nämlich einen Standby-Betriebsmodus und einen Aktiv-Betriebs modus. Im Standby-Betriebsmodus wird die Schaltung so mit stabilen Spannungen versorgt, daß die in ihr gespeicherte In formation erhalten bleibt. Dabei soll die Summe der durch die Schaltung aufgenommenen Ströme aber möglichst gering sein.

Im Aktiv-Betriebsmodus, in welchem die elektronische Schal tung arbeitet und eine Datenverarbeitung vornimmt, ist dage gen bei sonst im wesentlichen unveränderten Spannungen die Summe der zur Schaltung gespeisten Ströme relativ groß.

Bekanntlich müssen einem eDRAM als einem Beispiel einer sol chen elektronischen Schaltung sowohl im Standby-Betriebsmodus als auch im Aktiv-Betriebsmodus Spannungen mit verschiedenen Spannungspegeln zugeführt werden, wie beispielsweise eine verstärkte Wortleitungsspannung für eine Lese/Schreibopera tion mit einem Spannungswert von ungefähr 3,5 V (± 10%), eine lokale und globale Versorgungsspannung VBLH für Lesever stärker (S/A) mit Spannungswerten von 1,8 V (± 10%), eine Vorspannung VPL zur Reduzierung von durch das elektrische Feld erzeugten Belastungen über der eDRAM-Zelle insgesamt mit Spannungswerten von VBLH/2, d. h. 0,9 V, eine Bitleitung- Ausgleichsspannung VBLEQ, die vor einem Lesevorgang angelegt wird, mit Spannungswerten von VBLH/2, d. h. etwa 0,9 V, und eine eDRAM-Substratvorspannung VBB zur Minimierung von Leck strömen und Steigerung der Zellen-Rückhaltezeit mit Span nungswerten von etwa -1 V. Abhängig von dem verwendeten eDRAM-Typ werden diese Spannungen alle oder nur teilweise oder auch weitere, zusätzliche Spannungen eingesetzt. So gibt es auch Spannungen, die sogar über der Spannung liegen, die dem Halbleiterchip extern zugeführt ist, in den der eDRAM eingebettet ist, wofür Spannungspumpen benötigt werden, um beispielsweise aus einer extern angelegten Spannung von 3,3 V eine Spannung von 3,8 V zu erzeugen.

In bestehenden Anordnungen werden, um der Forderung nach ei nem niedrigen Leistungsverbrauch im Standby-Betriebsmodus zu genügen, getrennte Regler für die Erzeugung der einzelnen Spannungen im Aktiv-Betriebsmodus und im Standby-Betriebs modus eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist in der Fig. 3 in einem schematischen Blockschaltbild veranschaulicht.

In einem Halbleiterchip 1 aus Silizium ist ein eDRAM 2 einge bettet, der von Reglereinheiten 4, 5, 6, 7, 8 mit Spannungen versorgt und mit einer Logikeinheit 3 verbunden ist. Die Reg lereinheiten 4 bis 8 werden über Pads (bzw. Kontaktkissen) 9, 10 mit einer externen Versorgungsspannung CE (über Pad 9) von einer Spannungsquelle 11, die eine Spannung von etwa 3,3 V liefert, und Bezugspotential (T) (über Pad 10) versorgt. Zu sätzliche Pads 18 dienen zur Eingabe/Ausgabe weiterer Signa le. Die Reglereinheiten 4 bis 8 erzeugen aus den externen Spannungen die gewünschten Versorgungsspannungen mit Werten von 2,5 V (Reglereinheit 4), 0,9 V (Reglereinheit 5), 0,9 V (Reglereinheit 6), 1,8 V (Reglereinheit 7) und 3,8 V (Regler einheit bzw. Pumpe 8). Um die Spannung mit 3,8 V liefern zu können, muß hierzu die Reglereinheit 8 als Spannungspumpe ausgeführt sein.

Der Aufbau der Reglereinheiten 4, 5 ist als Beispiel in Fig. 4 in Einzelheiten veranschaulicht: jede der Reglereinheiten 4 und 5 besteht aus einem Aktiv-Regler 12 und einem Standby- Regler 13, die in der angegebenen Weise mit der externen ho hen Spannung CE und der externen niedrigen Spannung T beauf schlagt sind. Im Aktivmodus arbeitet der Regler 12 mit einem relativ großen Strom I₁, während im Standby-Betriebsmodus der Regler 13 die gewünschte Spannung VDD1 bzw. VDD2 mit einem relativ niedrigen Strom I₀ abgibt (I₁ << I₀). Die Spannungen VDD1 bzw. VDD2 haben so Werte von beispielsweise 2,5 V und 0,9 V, wie dies in Fig. 3 angegeben ist. Dabei wird die Span nung VDD1 aus der externen Spannung CE generiert, während die Spannung VDD2 aus der niedrigen Spannung T erzeugt wird. Fig. 5 zeigt schließlich den Aufbau eines solchen Reglers 13 aus N- und P-Kanal-MOS-Transistoren, Widerständen und einer Be zugsspannungsquelle. Dieser Aufbau eines Reglers ist von üb licher Weise, so daß er hier nicht näher erläutert zu werden braucht.

Schon aus den Fig. 3 und 4 ist zu ersehen, daß der Aufwand für die einzelnen Reglereinheiten 4 bis 8 beträchtlich hoch ist, da jede Reglereinheit aus zwei Reglern 12 und 13 be steht, die jeweils für Aktiv-Betriebsmodus und für Standby- Betriebsmodus bereitgehalten werden müssen. Hierfür wird re lativ viel Fläche auf dem Halbleiterchip 1 beansprucht.

Zusätzlich ist zu berücksichtigen, daß gerade die Regler für den Standby-Betriebsmodus ein äußerst genaues Design erfor dern, da der im Standby-Betriebsmodus fließende Strom im ho hen Ausmaß durch den Ruhestrom des Reglers bestimmt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anord nung zur Spannungsversorgung einer elektronischen Schaltung mit wenigstens zwei Versorgungsspannungen mit verschiedenen Spannungspegeln zu schaffen, welche sich durch einen einfa chen Aufbau auszeichnet, möglichst wenig Fläche auf einem Halbleiterchip benötigt und eine sehr geringe Eigenstromauf nahme hat.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem Standby-Span nungsregler für die höchste Versorgungsspannung ein Span nungsteiler nachgeschaltet ist, der die Versorgungsspannungen während des Standby-Betriebsmodus bei abgeschalteten Aktiv- Spannungsreglern aus der höchsten Versorgungsspannung gene riert.

Dabei sind in bevorzugter Weise die Abgriffe des Spannungs teilers über Schalter mit den durch ein Standby-Signal ab schaltbaren Aktiv-Spannungsreglern für die übrigen Versor gungsspannungen verbunden. Der Spannungsteiler selbst liegt zwischen zwei Transistoren, deren Steuerelektroden über ein Standby-Signal und ein phasenverschobenes Standby-Signal an steuerbar sind. Die höchste Versorgungsspannung ist vorzugs weise die verstärkte Wortleitungsspannung.

Die Erfindung weicht damit von dem bisherigen Stand der Tech nik in wesentlichen Punkten ab: anstelle der Anordnung ge trennter Spannungsregler für die einzelnen Standby-Versor gungsspannungen und Aktiv-Versorgungsspannungen werden zu nächst nur die Aktiv-Regler beibehalten. Aus dem Standby- Regler mit der höchsten Versorgungsspannung, die bevorzugt durch die verstärkte Wortleitungsspannung gegeben ist, werden mit Hilfe eines Spannungsteilers die für den Standby-Be triebsmodus benötigten übrigen Versorgungsspannungen gewon nen. Im Standby-Betriebsmodus ist so allein der Standby- Regler für die höchste Versorgungsspannung eingeschaltet, während alle übrigen Schaltungen deaktiviert sind. Dadurch kann der Leistungsverbrauch weiter reduziert werden. Insbe sondere wird aber auf dem Halbleiterchip wesentlich weniger Fläche benötigt, da die sonst üblichen Spannungsregler für den Standby-Betriebsmodus nicht mehr erforderlich sind und durch einen einfachen Spannungsteiler ersetzt sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anord nung, wobei hier zwei Spannungsabgriffe reali siert sind,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Anordnung in mehr Einzelhei ten, wobei hier drei Spannungsabgriffe realisiert sind,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bestehenden Anordnung,

Fig. 4 den Aufbau von Reglereinheiten bei der bestehen den Anordnung und

Fig. 5 ein Schaltbild eines Reglers.

Die Fig. 3 bis 5 sind bereits eingangs erläutert worden. In den Figuren werden für einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Regler 13, dem die höchste Versorgungsspannung, im Beispiel von Fig. 3, die verstärkte Wortleitungsspannung VPP mit einem Spannungspegel von etwa 3,5 V, zugeführt ist. Unter "höchster Versorgungsspannung" ist die für den jeweiligen Zweck am besten geeignete Versorgungsspannung zu verstehen. Es braucht also nicht die absolut höchste Versorgungsspannung zu sein. Diesem Regler 13 ist ein Spannungsteiler aus Wider ständen R₁, R₂ und R₃ nachgeschaltet, der über Transistoren T₁ und T₂ aktiviert werden kann. Diese Transistoren T₁ und T₂ sind über Standby-Signale aktivierbar bzw. deaktivierbar.

Gegebenenfalls kann der Spannungsteiler auch aus Transistoren gebildet werden.

Die Abgriffe des Spannungsteilers sind mit Schaltern 14 ver bunden, die geschlossen sind, wenn ein Standby-Signal an ih nen anliegt, und die offen sind, wenn dieses Standby-Signal nicht anliegt. Bei einem Standby-Betriebsmodus leiten also beide Schalter 14. Gleichzeitig werden im Standby-Betriebs modus die Aktiv-Regler 12 abgeschaltet, so daß am Ausgang der Schalter 14 die Standby-Versorgungsspannungen VDD1 bzw. VDD2 erhalten sind, die durch Spannungsteilung der Wortleitungs spannung VPP mittels des Spannungsteilers gewonnen wurden. Im Aktiv-Betriebsmodus sind die Schalter 14 offen, so daß die dann freigegebenen Aktiv-Spannungsregler 12 aus der externen Versorgungsspannung CE die Versorgungsspannungen VDD1 bzw. VDD2 für den Aktiv-Betriebsmodus liefern.

Fig. 2 zeigt die Anordnung von Fig. 1 in weiteren Einzelhei ten: hier ist der mit einer Spannungspumpe versehene Span nungsregler 13 für Standby-Betriebsmodus mit einer Referenz spannungsquelle 15 versehen und erzeugt aus der von dieser gelieferten Referenzspannung die Versorgungsspannungen VPP. Diese Versorgungsspannung VPP wird einem Pegelschieber 16 zu geführt, der bei Anliegen eines Standby-Signales eingeschal tet und sonst ausgeschaltet ist. Die Transistoren T₁ und T₂, die an den Enden des Spannungsteilers aus den Widerständen R₁, R₂ und R₃ vorgesehen sind, werden durch das pegelverscho bene Standby-Signal bzw. durch das Standby-Signal angesteuert und eingeschaltet, wenn bei Anliegen des Standby-Signales am Pegelschieber 16 dieser ein pegelverschobenes Ausgangssignal abgibt.

An den Schaltern 14 liegen jeweils das pegelverschobene Aus gangssignal des Pegelschiebers 16 und das durch einen Inver ter 17 hierzu invertierte Signal, wobei diese Schalter 14 dann leiten, wenn das pegelverschobene Signal bzw. das inver tierte Signal an ihnen anliegen, also der Standby-Betriebs modus vorliegt. Im Standby-Betriebsmodus sind aber die Aktiv- Regler 13 abgeschaltet, so daß am Ausgang der Schalter 14 die durch den Spannungsteiler erzeugten Versorgungsspannungen VDD1, VDD2 und VDD3 geliefert werden.

Liegt das Standby-Signal am Pegelschieber 16 nicht an, so ist der Spannungsteiler deaktiviert, und die Schalter 14 sind of fen, während die Aktiv-Regler 13 eingeschaltet sind. Damit werden die Versorgungsspannungen VDD1, VDD2 und VDD3 für den Aktiv-Betriebsmodus von den Reglern 13 geliefert.

Claims

1. Anordnung zur Spannungsversorgung einer elektronischen Schaltung mit wenigstens zwei Versorgungsspannungen (VDD1, VDD2) mit verschiedenen Spannungspegeln während eines Standby-Betriebsmodus, bei der die Versorgungsspan nungen der elektronischen Schaltung im aktiven Betriebs modus über jeweils einen, jedem Spannungspegel zugeordne ten Aktiv-Spannungsregler (12) zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß einem Standby-Spannungsregler (13) für die höchste Ver sorgungsspannung ein Spannungsteiler (R₁, R₂, R₃) nachge schaltet ist, der die Versorgungsspannungen (VDD1, VDD2, . . .) während des Standby-Betriebsmodus bei abgeschalteten Aktiv-Spannungsreglern (12) aus der höchsten Versorgungs spannung generiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffe des Spannungsteilers (R₁, R₂, R₃) über Schal ter (14) mit den durch ein Standby-Signal abschaltbaren Aktiv-Spannungsreglern (12) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R₁, R₂, R₃) zwischen zwei Transisto ren (T₁, T₂) liegt, deren Steuerelektroden über ein Standby-Signal und ein phasenverschobenes Standby-Signal ansteuerbar sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Versorgungsspannung die Wortleitungsspannung (VPP) ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Standby-Spannungsregler (13) eine Pumpschaltung ent hält.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler durch Transistoren gebildet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung ein in einen Halbleiterkörper eingebetteter DRAM ist.