DE3923630C2

DE3923630C2 -

Info

Publication number: DE3923630C2
Application number: DE3923630A
Authority: DE
Inventors: Byung-Yoon Seoul/Soul Kr Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1989-05-02
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1993-05-13
Also published as: FR2648609B1; GB2231184B; KR900018823A; GB8925682D0; KR910007740B1; JPH0532839B2; US5305259A; FR2648609A1; JPH02302993A; GB2231184A; DE3923630A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine interne Versorgungsspannungsquelle für einen Halbleiterschaltkreis zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung, die kleiner ist als der Absolutwert einer Versorgungsspannung von einer externen Stromversorgungsquelle.

Aus der DE-OS 36 26 795 ist eine interne Stromversorgungsquelle bekannt, die eine Versorgungsspannung liefert, die kleiner ist als der absolute Wert einer externen Versorgungsspannungsquelle, und die folgende Bestandteile aufweist:

Eine erste Bezugsspannungsquelle, besteht aus einem ersten und einem zweiten Widerstandselement und einem ersten und zweiten N-Kanal-MOS-Transistor, die miteinander in Reihe geschaltet sind und zwischen der externen Versorgungsspannung und Masse betrieben werden, um eine erste Bezugsspannung zu erzeugen die durch die Schwellenspannung des N-Kanal-MOS-Transistors im Niveau zu einer internen Versorgungsausgangsspannung verschoben ist. Es ist eine zweite Bezugsspannungsquelle vorhanden, bestehend aus einem dritten und einem vierten Widerstandselement und einem dritten und vierten P-Kanal-MOS-Transistor, die ebenfalls in Reihe geschaltet und zwischen der Versorgungsspannung und Masse betrieben werden, um eine zweite Bezugsspannung zu erzeugen, die gegenüber der genannten internen Versorgungsausgangsspannung um die Schwellenspannung des genannten P-Kanal-MOS-Transistors niveauverschoben ist. Eine Versorgungsausgangsstufe, die aus der Reihenschaltung eines N-Kanal-Transistors und eines PK-Kanal-MOS-Transistors besteht, liegt zwischen der externen Versorgungsspannung und Masse, wobei diese Transistoren durch die Ausgangssignale der erwähnten ersten und zweiten Bezugsspannungsquellen gesteuert werden. Da die Impedanz der Ausgangsstufe auf einen vergleichsweise niedrigen Wert geregelt wird, leitet sie stets feste Verbraucherströme. Diese Schaltung findet dementsprechend extrem begrenzte Anwendung bei statischen Speichervorrichtungen mit wahlfreiem Zugriff, die einen sehr fest umrissenen Stromverbrauchszustand aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interne Versorgungsspannungsquelle für einen Halbleiterschaltkreis der eingangs genannten Art anzugeben, die einen geringst möglichen Eigenstromverbrauch hat, der nahezu Null ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch angegebene Erfindung gelöst.

Die erfindungsgemäße Versorgungsspannungsquelle hat im normalen Betrieb eine sehr hohe Ausgangsimpedanz, die für den geringen Eigenstromverbrauch verantwortlich ist, und ihre Ausgangsstufe schaltet nur dann auf niedrige Impedanz um, wenn die externe Versorgungsspannung schwankt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, anhand deren auch die zu überwindenden Schwierigkeiten, die im Stand der Technik auftreten, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer konventionellen statischen Speicherschaltung und

Fig. 2 ein Schaltbild der Versorgungsspannungsquellle nach der vorliegenden Erfindung.

Nach dem Stand der Technik werden bei einem statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) beim Auslesebetrieb Bitleitungen vorgeladen, und die Bitleitungen des Speichers schwingen innerhalb der Spannungsgrenzen von etwa 1 Volt unterhalb der Stromquellenspannung bei diesem Stand der Technik.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein Lasttransistor T8 (ein zur Diode geschalteter N-Kanal-MOSFET) zwischen eine Stromquellenspannung Vcc und eine Vorladungsleitung 28 geschaltet, um die Vorladungsleitung 28 mit Vcc-VTH vorzuladen (VTH ist eine Schwellenspannung des Lasttransistors T8).

Mehrere Bitleitungspaare (BL1, ) . . . (BLn, ) sind mit der Vorladungsleitung 28 durch einen Angleicherschaltkreis 14 verbunden, der P-Kanal-MOSFET-Transistoren T1-T3, die durch einen Angleicherimpuls ΦB aktiviert werden, sowie P-Kanal MOSFET-Transistoren T4, T5, die normalerweise EIN-geschaltet sind, aufweist.

Zwischen den Leitungen der Bitleitungspaare sind mehrere Speicher zellen 10 in Form einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet, und die Speicherzellen in derselben Zeile werden durch einen Zeilenimpuls ΦWL aktiviert. Jedes Bitleitungspaar ist mit Datenleitungen DL, ver bunden, die an einen Abtastverstärker 12 über Durchlaß transistoren T6, T7 vom P-Kanal-MOSFET-Typ gekoppelt sind. die Durchlaßtransistoren T6, T7, die mit jedem Bitleitungspaar verbunden sind, werden durch Spaltenimpulse CD1, CDn aktiviert, die von einem Spaltendecoder zur Verfügung gestellt werden.

Während eines Auslesezyklus werden die Bitleitungspaare (BL1, ) . . . (BLn, ) vorgeladen und angeglichen an Vcc-VTH über den Transistor T8 und die Angleicherschaltung 14. Daraufhin werden in den Speicherzellen 10 gespeicherte Daten an Bitleitungspaare durch einen Zeilenimpuls ΦWL ausgelesen, und die Auslesedaten werden an ein Datenleitungspaar DL, über zwei Durchlaß transistoren übertragen, die durch einen Spaltenimpuls aktiviert werden, und werden durch einen Abtastverstärker 12 verstärkt. Die Transistoren T4, T5 sind immer eingeschaltet, um zu verhindern, daß die Bitleitungspaare mit zu hoher Spannung während des Auslesezyklus der Speicherzellen 10 schwingen. Ein derartiger Vorladungsmechanismus ermöglicht es dem Abtastverstärker in bezug auf Abtastzeit und Verstärkung wirksam zu arbeiten.

Sobald sich jedoch die Stromquellenspannung Vcc infolge ihrer Schwankungen einmal erhöht, steigt die Vorladungsspannung der Bitleitungspaare in dem Maße an, wie sich die Stromquellenspannung erhöht. Wenn die externe Stromquellen spannung Vcc auf die normale interne Stromquellenspannung oder darunter fällt, hält daraufhin die zur Vorladung der Bitleitungen eingesetzte Spannung die erhöhte Vorladungsspannung aufrecht. Selbst wenn in der Praxis eine Entladung durch zwischen die Bitleitungen geschaltete Speicherzellen auftritt, nimmt es einen langen Zeitraum in Anspruch, um eine Entladung auf die Vorladungsspannung durchzuführen, die den Schwankungen der Stromquellenspannung nachfolgt. Dies führt dazu, daß die Spannung an den Datenleitungen DL, während des Datenauslesebetriebes höher ist als die externe Stromquellenspannung Vcc, und daß der Abtastbetrieb des Abtastverstärkers 12 hierdurch gestört wird.

In vorteilhafter Weise werden diese Nachteile durch die vorliegende Er findung überwunden.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Ausgangsleitung 32 mit der Vorladungsleitung 28 in Fig. 1 verbunden, und ein N-Kanal-MOSFET-Transistor T13 ist ein Lasttransistor, ebenso wie der Transistor T8 in Fig. 1. Die normale, interne Stromquellenspannung ist eine normale Standardspannung, die bei einer gewöhnlichen Speichereinrichtung verwendet wird. Beispielsweise wird eine Spannung von 5 Volt verwendet. Transistoren T13-T16 sind N-Kanal-MOSFET-Transistoren, und die Substrate dieser Transistoren sind geerdet. Transistoren T10-T12 sind P-Kanal-MOSFET-Transistoren, und die Substrate dieser Transistoren sind mit der externen Stromquellenspannung Vcc verbunden. Ein Drain- Source-Kanal des Transistors T15 ist zwischen die Ausgangs leitung 32 und Masse geschaltet, und Transistoren T12, T16, deren Drain-Source-Kanal in Reihe über einen Verbindungsknoten 38 geschaltet ist, sind ebenfalls parallel zum Transistor T15 zwischen die Ausgangsleitung 32 und Masse geschaltet. Der Verbindungsknoten 38 ist an ein Gate des Transistors T15 angeschlossen. Zwischen dem ersten Knoten, der die interne Stromquellenspannung liefert, und einem zweiten Knoten 40 sind ein Kondensator C1 und als Dioden geschaltete Transistoren T10, T11 parallel geschaltet, und die Transistoren T10, T11 sind miteinander in Reihe geschaltet. Zwischen den zweiten Knoten 40 und Masse ist der Drain-Source-Kanal eines Tran sistors T14 geschaltet. Das Gate des Transistors T12 ist an den zweiten Knoten 40 angeschlossen, und die Gates der Transistoren T14, T16 sind mit der externen Stromquellenspannung Vcc über einen dritten Knoten 36 verbunden. Der Kondensator C1 dient zum sofortigen Ausgleich zeitweiliger Schwankungen der internen Stromquellenspannung mit dem zweiten Knoten 40, und die Transistoren T10, T11 sind vorgesehen, um den zweiten Knoten 40 mit einer vorbestimmten Spannung zu laden, nämlich mit dem Wert, der durch Abziehen der Summe einer Schwellenspannung der Transistoren T10, T11 von der externen Stromquellenspannung Vcc erhalten wird, nach Verstreichen der erforderlichen Zeit seit dem momentanen Übergang der Stromquellenspannung Vcc. Der die Transistoren T12, T15, T16 aufweisende Teil ist dazu vorgesehen, die Spannung, mit der die Ausgangsleitung 32 aufgeladen wird, entsprechend der dem zweiten Knoten 40 zugeführten Spannung zu entladen. Der Transistor T16 dient zur Entladung der aufgeladenen Spannung am Verbindungsknoten 38, und der Transistor T14 dient zur Weiterleitung des Rauschens, welches dem zweiten Knoten 40 zugeführt wird. Die Kanalbreite in bezug auf die Kanallänge der Transistoren T16, T14 ist so ausgewählt, daß ein Wert erhalten wird, der nicht so gering ist, daß die aufgeladene Spannung der Knoten 38, 40 sofort entladen wird.

Die Größe des Transistors T14 kann erheblich geringer sein als die des Transistors T16, und falls sich dies als erforderlich herausstellen sollte, kann der Transistor weggelassen werden. Andererseits weist der Lasttransistor T13 eine derart hohe Größe auf, daß er Strom zur Verfügung stellt, der Bitleitungspaare auflädt, und die Größe des Transistors T15 ist so ausgelegt, daß dieser die Spannung auf der Ausgangsleitung 32 entlädt mit einem gewünschten Wert während der Festzeit, wenn dieser eingeschaltet ist, und ist geringer als die Größe des Transistors T13, um eine übermäßige Entladung zu kontrollieren.

Nachstehend wird der Betrieb der Versorgungsspannungsquelle der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine nachstehend noch genauer angegebene Schwellenspannung jedes Transistors bedeutet einen Absolutwert. Bei der normalen Stromquellenspannung NVcc wird die Aus gangsleitung 32 durch die Spannung NVcc-VTH13 geladen. Hier ist VTH13 eine Schwellenspannung des Transistors T13. Die Spannung des zweiten Knotens 40 wird durch die Spannung (NVcc-VTH10-VTH11) durch die Transistoren T10, T11 aufgeladen. Hier sind VTH10 und VTH11 die Absolutwerte der Schwellenspannungen der Transistoren T10, T11. Da die Spannung zwischen Gate und Source des Transistors T12 geringer ist als dessen Schwellenspannung, infolge der Spannung, mit welcher der zweite Knoten 40 geladen wird, wird der Transistor T12 ausgeschaltet und der Transistor T15 ebenfalls ausgeschaltet.

Wenn die externe Stromquellenspannung Vcc plötzlich auf den Pegel ΔVH bei der normalen Stromquellenspannung NVcc ansteigt, erscheint daraufhin die erhöhte Spannung sofort durch den Kondensator C1 an dem zweiten Knoten 40, der Transistor T12 bleibt jedoch abgeschaltet. Der Transistor T15 ist ebenfalls abgeschaltet. Daraufhin wird die Aus gangsleitung durch (NVcc-VTH13+ΔVH) aufgeladen, und der Knoten 40 wird durch die Transistoren T18, T11 geladen durch (NVcc-VTH11+ΔVH). Daraufhin bleiben die Transistoren T12, T15 ausgeschaltet.

Wenn die angestiegene Spannung (NVcc+ΔVH) plötzlich auf den Pegel von ΔVL zu einem bestimmten Zeitpunkt absinkt, wird die verringerte Spannung unmittelbar an den zweiten Knoten 40 geliefert. Falls der Wert von ΔVL genügend groß ist, daß die Gate-Source-Spannung größer wird als die Schwellenspannung des Transistors T12, wird der Transistor T12 eingeschaltet, und der Transistor T15 wird ausgeschaltet durch die Spannung, mit welcher über den Transistor T12 der Verbindungsknoten 38 aufgeladen wird. Daraufhin wird die Ausgangsleitung 32 mit

(NVcc-VTH13 + ΔVH-ΔVL)

entladen durch Einschalten des Transistors T15, und der zweite Knoten wird durch die Transistoren T10, T11 auf einem Wert von

(NVcc-VTH10-VTH11 + ΔVH-ΔVL)

stabilisiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor T12 ausgeschaltet und der Transistor T15 ebenfalls ausgeschaltet. Daher kann die Ausgangsleitung 32 zu jedem Zeitpunkt mit der Spannung geladen werden, die um die Schwellenspannung des Last transistors T13 geringer ist als die Stromquellenspannung infolge von Schwankungen in der Stromquellenspannung.

Fachleuten auf diesem Gebiet ist unmittelbar klar, daß ein derartiges Ergebnis selbst für kleine Schwankungen der Stromquellenspannung erhalten werden kann, indem die Differenz zwischen der Gate-Source-Spannung und der Schwellenspannung des Transistors T12 minimalisiert wird.

Wie voranstehend beschrieben wurde, kann, wenn die vorliegende Stromquellenspannungs-Nachführschaltung bei einem SRAM verwendet wird, der Abtastverstärker seinen Betrieb der korrekten Abtastung der Daten durchführen, unabhängig von Schwankungen der Stromquellenspannung.

Claims

Interne Versorgungsspannungsquelle für einen Halbleiterschaltkreis zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung, die kleiner ist als der Absolutwert einer Versorgungsspannung von einer externen Stromversorgungsquelle, enthaltend:
einen ersten Knoten (34, 36) zum Anschluß an die externe Stromversorgungsquelle (Vcc),
einen zweiten Knoten (40) und eine Ausgangsleitung (32), an der die interne Versorgungsspannung abgegeben wird,
einen zur Diode geschalteten MOSFET (T13), der zwischen den ersten Knoten (34, 36) und die Ausgangsleitung (32) geschaltet ist, um diese auf die interne Versorgungsspannung zu bringen,
eine zwischen den ersten Knoten (34, 36) und den zweiten Knoten (40) geschaltete Ladeschaltung (C1, T10, T11) aus einer Parallelschaltung aus einem Kondensator (C1) und einer Serienschaltung aus mehreren, zu Dioden geschalteten MOSFETs (T10, T11) zur Aufladung des zweiten Knotens (40) auf eine vorbestimmte Spannung, die um die Summe der Schwellenspannungen der in Serie geschalteten MOSFETs (T10, T11) kleiner als die Spannung am ersten Knoten (34, 36) ist,
eine Entladeschaltung (T12, T15, T16) aus einem ersten N-Kanal-MOSFET (T15), dessen Drain-Source-Strecke zwischen die Ausgangsleitung (32) und Masse geschaltet ist, einer Serienschaltung aus einem P-Kanal-MOSFET (T12) und einem zweiten N-Kanal-MOSFET (T16), deren Source-Drain-Strecke bzw. Drain-Source-Strecke zwischen die Ausgangsleitung (32) und Masse geschaltet sind und deren gemeinsamer Verbindungspunkt (38) mit dem Gate des ersten N-Kanal-MOSFET (T15) verbunden ist, wobei das Gate des P-Kanal-MOSFET (T12) mit dem zweiten Knoten (40) und das Gate des zweiten N-Kanal-MOSFET (T16) mit dem ersten Knoten (34, 36) verbunden sind, um die Ausgangsleitung (32) in Abhängigkeit von der Spannung am zweiten Knoten (40) zu entladen.