DE3443868A1 - CONTROL CIRCUIT FOR PRELOADING THE SUBSTRATE OF AN INTEGRATED CIRCUIT WITH FIELD EFFECT TRANSISTORS - Google Patents
CONTROL CIRCUIT FOR PRELOADING THE SUBSTRATE OF AN INTEGRATED CIRCUIT WITH FIELD EFFECT TRANSISTORSInfo
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Description
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Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft Spannungsquellen für die Vorspannung des Substrates integrierter Schaltungen mit Feldeffekttransistoren und insbesondere einen Regler für eine derartige Spannungsquelle. The invention relates to voltage sources for the bias of the Substrate of integrated circuits with field effect transistors and in particular a regulator for such a voltage source.
Bekanntlich erfordern einige integrierte Schaltungen mit Feldeffekttransistoren, daß das Substrat auf einem Potential gehalten wird, das sich sowohl von dem einen als auch von dem anderen der Potentiale der Versorgungsanschlüsse der Schaltung unterscheidet. Im Fall von integrierten Schaltungen mit MOS-Transistoren (Metal I-Qxid-Hal blei ter) mit η-Kanal muß dieses Potential niedriger als das des negativen Versorgungsanschlusses sein,It is well known that some integrated circuits with field effect transistors that the substrate is held at a potential which is different from one as well as the other the potentials of the supply connections of the circuit is different. In the case of integrated circuits with MOS transistors (Metal I-Qxid-Hal lead ter) with η-channel must have this potential be lower than that of the negative supply connection,
Die Vorspannung des Substrates beeinflußt viele Betriebsparameter wie die Ansprechgeschwindigkeit der Schaltung und die Schwellenspannung der Transistoren sowohl vom Verarmungstyp als auch vom Anreicherungstyp. Sie wird daher in der Entwurfsphase aufgrund der Leistungen vorbestimmt, die die Schaltung haben muß.The bias of the substrate affects many operating parameters such as the speed of response of the circuit and the Threshold voltage of the transistors of both the depletion type and the enhancement type. It is therefore in the design phase predetermined on the basis of the services that the circuit must have.
Gewöhnlich wird die Vorspannung des Substrates von einer gesonderten, in der integrierten Schaltung enthaltenen Schaltung erzeugt und geregelt. Die Regelschaltung kann beispielsweise so funktionieren, daß sie der Abweichung der Schwellenspannung der Anreicherungstransistoren von einer vorbestimmten Bezugsspannung folgt, welche ein Bruchteil der Versorgungsspannung sein kann, um einen mit dem Substrat verbundenen Ladungsgenerator zu steuern.Usually the bias of the substrate is done by a separate, generated and regulated in the integrated circuit circuit. The control circuit can for example be like this work that they of the deviation of the threshold voltage Enhancement transistors are followed by a predetermined reference voltage, which is a fraction of the supply voltage can to control a charge generator connected to the substrate.
Beim Entwurf einer integrierten Schaltung muß die Streuung der Betriebsparameter aufgrund der durch die Herstellungsverfahren bedingten Schwankungen berücksichtigt werden. In der Praxis muß dabei so vorgegangen werden, daß alle Exemplare der integrierten Schaltung, die im selben Verfahren hergestellt sind, gleichWhen designing an integrated circuit, the dispersion of the operating parameters must be due to the manufacturing process due fluctuations are taken into account. In practice, the procedure must be such that all copies of the integrated Circuit made in the same process is the same
gut arbeiten. Für eine integrierte Schaltung mit MOS-Transistoren mit einem Kanal desselben Typs kann man insbesondere eine Schwellenspannung der Anreicherungstransistoren festlegen und die Parameter der Schaltung so berechnen, daß diese für alle Werte der Spannung des Substrates innerhalb des Variationsfeldes aufgrund der Kenndatenstreuung der Transistoren exakt funktioniert. Dieses Kriterium erlaubt jedoch im allgemeinen nicht, auch die Werte der Schwellenspannung der Verarmungstransistoren zu optimieren, sondern verlangt vielmehr, auf Kompromisse zurückzugreifen, die zu Schwierigkeiten bei der Konzeption führen und häufig die Funktion der Schaltung kritisch werden lassen.work well. For an integrated circuit with MOS transistors with a channel of the same type it is possible, in particular, to set a threshold voltage for the enhancement transistors and calculate the parameters of the circuit in such a way that they are for all values of the voltage of the substrate within the variation field works exactly due to the variation in the characteristics of the transistors. However, this criterion does not generally allow also the values of the threshold voltage of the depletion transistors to optimize, but rather requires resorting to compromises, which lead to difficulties in the design and often make the function of the circuit critical.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler für eine Spannungsquelle für die Vorspannung des Substrates einer integrierten Schaltung mit Feldeffekttransistoren zu schaffen, bei dem die Spannung des Substrates für die Kenndaten der Transistoren beider Typen auf einen optimalen Wert reguliert wird und soweit wie möglich von den Schwankungen der Herstellungsparameter und der Versorgungsspannung unabhängig ist.The invention is based on the object of a regulator for a voltage source for the bias of the substrate of an integrated To create a circuit with field effect transistors, in which the voltage of the substrate for the characteristics of the transistors of both types is regulated to an optimal value and as far as possible from the fluctuations in the manufacturing parameters and the supply voltage is independent.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer im Anspruch 1 angegebenen Schaltung gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.This object is achieved according to the invention with a circuit specified in claim 1. An advantageous further development results from the subclaim.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.The invention is explained below using an exemplary embodiment, which is shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Spannungsquelle für die Vorspannung des Substrates, das den Regler gemäß der Erfindung enthalten kann,Figure 1 is a block diagram of a voltage source for the bias of the substrate which can contain the regulator according to the invention,
Figur 2 eine Schaltung, die für einen bekannten Regler verwendet wird,FIG. 2 shows a circuit which is used for a known regulator,
Figuren 3a und 3b Kurvendarstellungen zur Erläuterung der Grenzen beim Stand der Technik,Figures 3a and 3b are graphs to explain the limits in the state of the art,
Figur 4 eine Schaltung, die in einem Regler gemäß der ErfindungFigure 4 shows a circuit in a controller according to the invention
verwendet ist, undis used, and
Figuren 5a und 5b Übertragungskurven der Schaltungen der Figuren 2 und 4.FIGS. 5a and 5b transfer curves of the circuits of FIGS. 2 and 4.
In Figur 1 stellt der Block 1 das Substrat eines Halbleiterplättchens dar, auf dem eine integrierte Schaltung gebildet ist, beispielsweise eine Schaltung mit η-Kanal-MOS-Transistören. Der Block 2 ist ein gesteuerter Oszillator, der Block 3 ein Generator für negative Ladungen und der Block 4 ein Pegeldetektor. Eine nicht gezeigte Versorgungsspannungsquelle liefert eine Versorgungsspannung zu der integrierten Schaltung, zu dem Oszillator 2 und zu dem Pegeldetektor 4. Die von dem GeneratorIn Figure 1, the block 1 represents the substrate of a semiconductor wafer on which an integrated circuit is formed, for example a circuit with η-channel MOS transistors. Block 2 is a controlled oscillator, block 3 is a generator for negative charges and block 4 is a level detector. A supply voltage source, not shown, supplies a supply voltage to the integrated circuit, to the oscillator 2 and to the level detector 4. Those from the generator
3 erzeugten Ladungen bringen das Substrat 1 auf eine Spannung, die negativer ist als diejenige des negativen Pols der Speisespannungsquelle. Der Pegel detektor 4 erfaßt diese Spannung an seinem Eingangsanschluß 5 und steuert den Oszillator 2, indem er dessen Betrieb über die Verbindung 6 in Abhängigkeit von der erfaßten Spannung freigibt oder blockiert, so daß der Ladungsgenerator 3 versorgt wird bzw. nicht versorgt wird, um schließlich das Substrat 1 auf der gewünschten negativen Spannung zu halten. Diese Spannung wird bei einigen bekannten Anwendungsfällen, beispielsweise bei einem solchen, wie er in der US-PSCharges generated 3 bring the substrate 1 to a voltage which is more negative than that of the negative pole of the supply voltage source. The level detector 4 detects this voltage at its input terminal 5 and controls the oscillator 2 by he enables or blocks its operation via the connection 6 depending on the detected voltage, so that the charge generator 3 is supplied or not supplied, in order to finally bring the substrate 1 to the desired negative voltage keep. This voltage is used in some known applications, for example in the case of one as described in the US-PS
4 142 114 beschrieben ist, dadurch bestimmt, daß eine Bezugsspannung festgelegt wird, die ein Bruchteil der Speisespannung ist.4,142,114 is determined by establishing a reference voltage which is a fraction of the supply voltage is.
Der Pegel detektor, der in der o. a. US-Patentschrift beschrieben wird, ist in Figur 2 dargestellt und hat zwei Feldeffekttransistoren Tl und T2, von denen der erste vom Anreicherungstyp und der zweite vom Verarmungstyp ist und die beide so miteinander verbunden sind, daß sich eine Inverterschaltung ergibt. Dabei ist der Transistor T2, der die Funktion eines Lastwiderstandes hat, mit seiner Gate-Elektrode an die Source-Elektrode und an die Drain-Elektrode des Transistors Tl angeschlossen, während seine Drain-Elektrode mit dem positiven Pol Vcc The level detector, which is described in the above-mentioned US patent, is shown in Figure 2 and has two field effect transistors T1 and T2, the first of which is of the enhancement type and the second of the depletion type and which are both connected to each other so that one Inverter circuit results. The transistor T2, which has the function of a load resistor, is connected with its gate electrode to the source electrode and to the drain electrode of the transistor T1, while its drain electrode is connected to the positive pole V cc
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der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Der Transistor Tl, der die Funktion einer aktiven Komponente hat, ist mit seiner Source-Elektrode an den negativen Pol der Speisespannungsquelle angeschlossen, die durch das Massesymbol gekennzeichnet ist, während seine Gate-Elektrode an den Zwischenabgriffspunkt eines Spannungsteilers angeschlossen ist, der durch zwei Widerstände Rl und R2 gebildet wird, welche zwischen die Pole der Speisespannungsquelle geschaltet sind. Man beachte, daß die Verbindung 5 mit dem Substrat 1 in der Struktur enthalten ist und deshalb durch eine gestrichelte Linie in Figur 2 dargestellt ist, um sie von den anderen elektrischen Verbindungen zu unterscheiden .the supply voltage source is connected. The transistor T1, which has the function of an active component, has its source electrode connected to the negative pole of the supply voltage source, which is identified by the ground symbol is, while its gate electrode is connected to the intermediate tap point of a voltage divider, which is through two resistors Rl and R2 is formed, which are connected between the poles of the supply voltage source. Note that the connection 5 is included with the substrate 1 in the structure and is therefore represented by a dashed line in Figure 2, to distinguish it from the other electrical connections.
Das Leiten des Transistors Tl ist eine Funktion der Spannung VR, die vom Spannungsteiler zwischen der Gate-und der Source-Elektrode aufgeprägt ist, und seiner Schwellenspannung Vy, die ihrerseits eine Funktion der Spannung VßB des Substrates ist. Die Beziehung, die Vy und VßB verbindet und in der Fachwelt bekannt ist, ist die folgende:The conduction of the transistor T1 is a function of the voltage V R , which is impressed by the voltage divider between the gate and source electrodes, and its threshold voltage Vy, which in turn is a function of the voltage V βB of the substrate. The relationship that connects Vy and V ßB and is known in the art is as follows:
Dabei ist KßE der sogenannte Bodyeffekt-Koeffizient, Vy0 die Schwellenspannung des Transistors bei bei VßB = 0 und 0>inv das Oberflächen-Inversionspotential. Bei Auflösung dieser Gleichung nach Vgn erhält man die Größe der Spannung Vgß des Substrates, die erforderlich ist, um eine bestimmte Schwellenspannung Vy zu haben:K ßE is the so-called body effect coefficient, Vy 0 is the threshold voltage of the transistor at V ßB = 0 and 0> inv is the surface inversion potential. Solving this equation for Vgn one obtains the value of the voltage Vg ß of the substrate, which is necessary to have a certain threshold voltage Vy:
(Vy - Vy0) (1)(Vy - Vy 0 ) (1)
KBE KBE K BE K BE
Die Werte für die Widerstände Rl und R2 können so gewählt werden, daß sie eine Bezugsspannung V^ liefern, die gleich dem optimalen Wert ist, den man für die Schwellenspannung Vj der Anreicherungstransistoren erhalten möchte. Der Transistor Tl hört dann auf zu leiten, wenn das Substrat 1 eine über die Gleichung (1) berechenbare, negative Spannung erreicht, die so groß ist, daß Vj gleich VR ist. Der Ausgangsanschluß 6 des Detektors 4 wird in Abhängigkeit von dem Leiten des Transistors Tl bei einer hohen oder niedrigen Spannung sein. Der Ausgangszustand des Detektors 4 wird verwendet, um die Betriebszeit des Oszillators 2 so zu regeln, daß sich die Spannung VßB des Substrates auf einem vorbestimmten, negativen Wert stabilisiert, der eine Funktion der Bezugsspannung VR ist.The values for the resistors R1 and R2 can be chosen so that they supply a reference voltage V ^ which is equal to the optimum value that one would like to obtain for the threshold voltage Vj of the enhancement transistors. The transistor Tl then stops conducting when the substrate 1 reaches a negative voltage which can be calculated using equation (1) and which is so great that Vj is equal to V R. The output terminal 6 of the detector 4 will be at a high or low voltage depending on the conduction of the transistor Tl. The output state of the detector 4 is used to regulate the operating time of the oscillator 2 so that the voltage V β B of the substrate stabilizes at a predetermined negative value which is a function of the reference voltage V R.
Die Darstellung der Figur 3a zeigt den Verlauf der Schwellenspannung
Vj eines ~ Anreicherungstransistors der Art, wie sie auf dem
Substrat 1 gebildet sind, in Abhängigkeit von der Vorspannung -VßB
dieses Substrats. Aufgrund der Schwankungen der Herstellungsparameter
verläuft die Kurve für einen wirklichen Transistor innerhalb eines Wertebereiches, der durch die beiden Kurven 7 und
8 begrenzt ist. Wenn eine Bezugsspannung V^ und damit eine
Schwellenspannung Vj. festgelegt wird, hat die Vorspannung des
Substrates V™, die durch die Schaltung der Figur 1 geregelt
wird, einen Wert zwischen 2 Extemwerten V, und V^, weVche, wie
Figur 3a zeigt, durch die Projektion der Schnittpunkte der Spannung Vj. mit den Kurven 7 und 8 auf die Abszisse erhalten werden.
Die Erstreckung des Intervalls V, - V„ kann analytisch
durch den Ausdruck (1) ermittelt werden, welcher Vßp mit Vj verbindet,
wenn die Extremwerte der sich mit den Herstellungsbedingungen ändernden Parameter bekannt sind. In der Praxis kann bei
einer Schwellenspannung Vj. = 1 Volt entsprechend einer idealen
Substratspannung VgB-jri = ~3 Volt die tatsächliche Spannung νβΒ
zwischen -2 und -4 Volt variieren. The illustration in FIG. 3a shows the profile of the threshold voltage Vj of an enhancement transistor of the type formed on the substrate 1 as a function of the bias voltage -VβB
this substrate. Due to the fluctuations in the production parameters, the curve for a real transistor runs within a value range that is limited by the two curves 7 and 8. When a reference voltage V ^ and thus a threshold voltage Vj. is determined, the bias voltage of the substrate V ™, which is regulated by the circuit of Figure 1, has a value between 2 extreme values V 1 and V ^, which, as Figure 3a shows, by the projection of the points of intersection of the voltage Vj. with curves 7 and 8 on the abscissa. The extent of the interval V, -V "can be determined analytically by the expression (1), which connects V ß p with Vj, if the extreme values of the parameters changing with the manufacturing conditions are known. In practice, at a threshold voltage Vj. = 1 volt corresponding to an ideal substrate voltage VgB-jri = ~ 3 volts the actual voltage ν βΒ vary between -2 and -4 volts.
Die Darstellung der Figur 3b zeigt den Verlauf der Schwellenspannung Vj eines Verarmunqstransistors, der in derselben integrierten Schaltung verwendeten Art als Funktion der Vorspannung des Substrates -Vßg. Auch in diesem Fall liegt die tatsächliche Kurve innerhalb eines Wertebereiches, der durch zwei Kurven 9 und 10 begrenzt ist. Die Schwellenspannung eines wirklichen Verarmungstransistors wird zwischen einem Wert V3, der durch den Schnitt der der Spannung V, entsprechenden Ordinate mit der unteren Kurve 10 bestimmt ist, und einem Wert V4 liegen, der durch den Schnitt der Ordinate der Spannung V2 mit der oberen Kurve 9 festgelegt ist. Wie die Zeichnung zeigt, kann die Spannung Vgß des Substrates einen solchen Wert haben, daß sie die Schwellenspannung des Verarmungstransistors sogar positiv macht, wodurch dessen einwandfreier Betrieb unmöglich gemacht wird. Außer dieser großen Abweichung der effektiven Schwellenspannungen von den idealen Entwurfsgrößen müssen bei der Berechnung einer Schaltung, die eine Spannungsquelle zur Vorspannung des Substrates verwendet, welche nach der bekannten und in Figur 2 gezeigten Schaltung geregelt wird, auch die Veränderungen und Schwankungen der Versorgungsspannungen berücksichtigt werden, die einen direkten Einfluß auf die Schwellenspannungen haben, weil sich die Bezugsspannung Vn mit der Versorgungsspannung Vcc ändert. In machen Anwendungsfällen ist diese Abhängigkeit nützlich, in vielen Fällen jedoch unerwünscht.The illustration in FIG. 3b shows the profile of the threshold voltage Vj of a depletion transistor of the type used in the same integrated circuit as a function of the bias voltage of the substrate -Vßg. In this case, too, the actual curve lies within a value range that is limited by two curves 9 and 10. The threshold voltage of a real depletion transistor will be between a value V 3 , which is determined by the intersection of the ordinate corresponding to the voltage V, with the lower curve 10, and a value V 4 , which is determined by the intersection of the ordinate of the voltage V 2 with the upper curve 9 is set. As the drawing shows, the voltage Vg β of the substrate may have such a value that it makes the threshold voltage of the depletion transistor even positive, thereby making it impossible to operate properly. In addition to this large deviation of the effective threshold voltages from the ideal design values, the changes and fluctuations in the supply voltages must also be taken into account when calculating a circuit that uses a voltage source for biasing the substrate, which is regulated according to the known circuit shown in FIG. which have a direct influence on the threshold voltages because the reference voltage Vn changes with the supply voltage Vcc. In some use cases this dependency is useful, but in many cases it is undesirable.
Anschließend soll das Schaltschema der Figur 4 untersucht werden. Diese Figur zeigt einen Pegel detektor 4, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist und einen Inverter aufweist, der aus zwei Verarmungstrasistoren T3 und T4 besteht. Die Gate-Elektrode des Transistors T4 ist mit dessen Source-Elektrode verbunden, so daß.T4 eine Last für den Transistor T3 bildet, welcherThe circuit diagram of FIG. 4 is then to be examined. This figure shows a level detector 4, which is formed according to the invention and has an inverter that from two depletion resistors T3 and T4. The gate electrode of the transistor T4 is connected to its source electrode, see above dass.T4 forms a load for the transistor T3, which
die Funktion der aktiven Komponente hat. Die Drain-Elektrode von T4 und die Source-Elektrode von T3 sind an den positiven Pol +Vcc bzw. an den negativen Pol (Masse) der Speisespannungsquelle angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren bildet den Ausgangsanschluß 6 des Detektors, undhas the function of the active component. The drain of T4 and the source of T3 are on the positive Pole + Vcc or to the negative pole (ground) of the supply voltage source connected. The connection point between the two transistors forms the output terminal 6 of the detector, and
die Gate-Elektrode des Transistors T3 ist der Eingangsanschluß 5, der in diesem Fall eine direkte elektrische Verbindung mit dem Substrat 1 ist.the gate electrode of the transistor T3 is the input terminal 5, which in this case has a direct electrical connection with the substrate 1 is.
Wenn im Betrieb die Verstärkung von T3 sehr viel größer als diejenige von T4 ist, wird die Vorspannung Vgß des Substrates so geregelt, daß sie auf denselben Wert wie dieSchwel lenspannung des Transistors T3 kommt. Wenn nämlich die Spannung Vg6 weniger negativ als die Schwellenspannung des Transistors T3 ist, befindet sich dieser Transistor im leitenden Zustand, so daß der Ausgang 6 "niedrig" ist und der Oszillator 2 befähigt wird, zu funktionieren und den Generator 3 zu versorgen, welcher seinerseits dazu neigt, die Spannung des Substrates und damit diejenige der Gate-Elektrode des Transistors T3 zu erhöhen. Wenn die Spannung Vdd negativer als die Schwellenspannung von T3 wird, hört dieser Transistor auf zu leiten, so daß der Ausgang 6 "hoch" und der Oszillator 2 gesperrt wird.If, during operation, the gain of T3 is very much greater than that of T4, the bias voltage Vg β of the substrate is regulated in such a way that it comes to the same value as the threshold voltage of the transistor T3. Namely, if the voltage Vg 6 is less negative than the threshold voltage of the transistor T3, this transistor is in the conductive state, so that the output 6 is "low" and the oscillator 2 is enabled to function and to supply the generator 3, which in turn tends to increase the voltage of the substrate and thus that of the gate electrode of the transistor T3. When the voltage Vdd becomes more negative than the threshold voltage of T3, this transistor stops conducting, so that the output 6 is "high" and the oscillator 2 is blocked.
Wie man feststellen kann, wird gemäß der Erfindung die Regelung der Spannung VßB dadurch bewirkt, daß als Bezugsspannung direkt die Schwellenspannung des Verarmungstransistors T3 verwendet wird, welche eine durch die Herstellungsparameter bestimmte Größe ist. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung kann noch besser beurteilt werden, wenn die Übertragungskurven des Pegeldetektors 4 nach dem Stand der Technik (Figur 2) mit denjenigen gemäß der Erfindung (Figur 4) verglichen werden.As can be seen, according to the invention, the regulation of the voltage V βB is effected in that the threshold voltage of the depletion transistor T3, which is a value determined by the production parameters, is used directly as the reference voltage. This aspect of the invention can be assessed even better if the transfer curves of the level detector 4 according to the prior art (FIG. 2) are compared with those according to the invention (FIG. 4).
Um die Erläuterung zu vereinfachen, soll nachstehend der Fall betrachtet werden, bei dem die Verstärkung der Inverter, die die Pegeldetektoren bilden, praktisch unendlich ist, was der Aussage gleichkommt, daß die Umschaltung/ d. h. der Obergang vom Sperrzustand in den leitenden Zustand oder umgekehrt der Transistoren Tl und T3 praktisch schlagartig erfolgt. Im Prinzip gilt jedoch die Erläuterung für jeden beliebigen Verstärkungswert. In order to simplify the explanation, consider the case where the gain of the inverters which form the level detectors, is practically infinite, which is tantamount to the statement that the switch / d. H. the transition from the blocking state to the conducting state or vice versa of the transistors T1 and T3 takes place almost suddenly. Basically however, the explanation applies to any gain value.
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Vr und Vg seien die Eingangsspannung beziehungsweise die Ausgangsspannung des Pegeldetektors 4. Bei der in Figur 2 gezeigten, bekannten Schaltung erfolgt die Umschaltung des Transistors Tl dann, wenn die Spannung VßB des Substrates einen solchen Wert hat, daß die Schwellenspannung Vy, des Transistors Tl gleich der Bezugsspannung VR ist. Wenn in der Gleichung (1) gesetzt wird:Vr and Vg are the input voltage or the output voltage of the level detector 4. In the embodiment shown in Figure 2, known circuit then, the switchover of the transistor Tl when the voltage V SSB of the substrate has a value such that the threshold voltage Vy, the transistor Tl is equal to the reference voltage V R. If in equation (1) is set:
VT = Vn . VR und VBB = V5,
ergibt sich die Umschaltung bei einer SpannungV T = V n . V R and V BB = V 5 ,
the switchover occurs at one voltage
(vR - vTo(T3))(v R - v To (T3) )
- v5c jjvR - v- v 5c jjv R - v
Wie man feststellen kann, hängt die Eingangsspannung Vg , bei der sich die Umschaltung einstellt, nicht nur vom Quadrat der Bezugsspannung VR ab, sondern auch vom Quadrat der Schwellenspannung des Transisors Tl für V„B = 0, die mit ντ0(τΐ) angegeben ist.As you can see, the input voltage Vg at which the switching occurs depends not only on the square of the reference voltage V R , but also on the square of the threshold voltage of the transistor Tl for V " B = 0, which is denoted by ν τ 0 (τΐ ) is specified.
Die Darstellung der Figur 5a zeigt den Verlauf von zwei Übertragungskurven Vg = f(vc) des bekannten Pegeldetektors, die den beiden Grenzwerten entsprechen, die die Spannung Vy0(Ti) aufgrund der Schwankungen der Herstellungsparameter annehmen kann. Bei unterschiedlichen Exemplaren der bekannten Schaltung kann die Umschaltspannung Vg- und damit auch die Spannung Vgß wie bereits erwähnt beispielsweise zwischen -2 und -4 Volt schwanken. Wenn darüber hinaus die möglichen Schwankungen der Speisespannung (typischer Wert - 10%) berücksichtigt werden, hat die resultierende Spannung VßB noch größere Schwankungsbreiten .The illustration in FIG. 5a shows the course of two transfer curves Vg = f ( v c) of the known level detector, which correspond to the two limit values that the voltage Vy 0 (Ti) can assume due to the fluctuations in the manufacturing parameters. In the case of different copies of the known circuit, the switching voltage Vg- and thus also the voltage Vg β, as already mentioned, can fluctuate, for example, between -2 and -4 volts. If, in addition, the possible fluctuations in the supply voltage (typical value - 10%) are taken into account, the resulting voltage V ßB has even greater fluctuation ranges.
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An dieser Stelle soll der in Figur 4 dargestellte Pegeldetektor gemäß der Erfindung betrachtet werden. Die umschaltung des Transistors T3 erfolgt dann, wenn die Spannung VßB des Substrates gleich der Schwellenspannung Vy3 des Transistors T3 ist. Unter der Berücksichtigung, daß bei dieser Schaltung die Eingangsspannung V5 = VßB ist, und durch Einsetzen in die Gleichung (1):At this point, the level detector according to the invention shown in FIG. 4 should be considered. The switching of the transistor T3 takes place when the voltage V ßB of the substrate is equal to the threshold voltage Vy 3 of the transistor T3. Taking into account that in this circuit the input voltage V 5 = V ßB , and inserting it into equation (1):
VT - VT3 - V5c gnd VTo - VTo(T3)·
ergibt sich V T - V T3 - V 5c gnd V To - V To (T3)
surrendered
- vTo(T3)>2 +Ä<v(v5c - vTo(T3))- v T o (T3)> 2 + Ä <v ( v 5c - v To (T3) )
KBE K BE
was eine quadratische Gleichung für V5c ist. Durch Auflösung dieser Gleichung und Vernachlässigung der imaginären Lösung erhält man:which is a quadratic equation for V 5c . By solving this equation and neglecting the imaginary solution, we get:
V5c V 5c
Aus dieser Gleichung ersieht man, daß die Umsehaltspannung
V5 gleich der Schwellenspannung ντ0(γ3\ ohne einen Quadratwurzelausdruck
dieser Spannung und einer Konstanten ist. Da der Koeffizient KgE in integrierten Schaltungen, die mit derzeit üblichen
Verfahren hergestellt sind, verhältnismäßig klein istFrom this equation it can be seen that the switching voltage
V 5 is equal to the threshold voltage ν τ 0 (γ3 \ without a square root expression of this voltage and a constant. Since the coefficient Kg E is relatively small in integrated circuits that are manufactured by current methods
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(typisch sind etwa 0,4 Volt ' ), weicht die Spannung V5 nur wenig von der Schwellenspannung Vt0(To) at». Wie Figur 5b zeigt, variiert in der Praxis die "Ümschaltspannung V5- und damit auch die Spannung Vßg bei unterschiedlichen Exemplaren der Schaltung gemäß der Erfindung im wesentlichen zwischen etwa -2,7 und etwa -3,3 Volt.(typically about 0.4 volts ' ), the voltage V 5 deviates only slightly from the threshold voltage Vt 0 (To) a t ». As FIG. 5b shows, in practice the switching voltage V 5 - and thus also the voltage V β g in different examples of the circuit according to the invention varies essentially between approximately -2.7 and approximately -3.3 volts.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, daß mit der Schaltung gemäß der Erfindung die Spannung des Substrates nicht von der Speisespannung abhängt.Finally, it should be noted that with the circuit according to the invention, the voltage of the substrate does not depend on the Supply voltage depends.
über das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung hinaus sind selbstverständlich zahlreiche Abänderungen möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. So kann beispielsweise anstelle eines Inverters für den Detektor zur Detektion des Wertes der Spannung des Substrates eine andere umschaltungsschaltung verwendet werden, die - wie der beschriebene Inverter - von einem Verarmungstransistor gesteuert wird, dessen Gate-Elektrode direkt mit dem Substrat verbunden ist.about the described and illustrated embodiment of In addition, numerous modifications are of course possible without departing from the concept of the invention. For example instead of an inverter for the detector for detecting the value of the voltage of the substrate, another switching circuit can be used, which - like the inverter described - is controlled by a depletion transistor whose gate electrode is directly connected to the substrate.
Claims (2)
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