DE4017617A1

DE4017617A1 - Spannungserzeugungsschaltkreis fuer halbleitereinrichtungen

Info

Publication number: DE4017617A1
Application number: DE4017617A
Authority: DE
Inventors: Takahiko Fukiage
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 2010-06-01
Also published as: DE4017617C2; JP2652061B2; JPH039411A; KR910002116A; KR940002808B1; US5008609A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Spannungserzeugungs schaltkreise für eine Halbleitereinrichtung und insbesondere auf einen verbesserten Schaltkreis zur Erzeugung einer Spannung, die an einen vorbestimmten Bereich einer Halbleitereinrichtung angelegt werden soll.

In einer Halbleitereinrichtung wie z.B. einem dynamischen RAM ist ein Spannungserzeugungsschaltkreis gebildet, um eine Spannung zu erzeugen, die an Zellenelektroden und Bitleitungen angelegt werden soll.

Die Fig. 1 stellt ein Schaltbild dar, das einen Spannungserzeu gungsschaltkreis für eine derartige herkömmliche Halbleiterspei chereinrichtung zeigt, wie dieser in der US 46 92 689 beschrieben ist. In der Figur umfaßt der Spannungserzeugungsschaltkreis n-Typ Feldeffekttransistoren 1-3, p-Typ Feldeffekttransistoren 4-6 und Widerstände 7-10. Zwei aus Reihenschaltungen 31 und 32 gebildete Schaltkreise sind parallel zwischen eine Spannungsver sorgungsleitung 20 und Masse geschaltet. Die erste Reihenschaltung 31 umfaßt hintereinander geschaltet den Widerstand 7, die n-Typ Feldeffekttransistoren (im weiteren als n-FET bezeichnet) 1 und 2 und den Widerstand 8. Ein Anschluß des Widerstandes 7 ist mit der Spannungsversorgungsleitung 20 und der andere mit der Drain- und Gateelektrode des n-FET 1 verbunden. Die Source-Elektrode des n-FET 1 ist mit der Drain und dem Gate des n-FET 2 verbunden. Die Source-Elektrode des n-FET 2 ist mit einem Anschluß des Widerstandes 8 und dessen anderer Anschluß mit Masse verbunden. Andererseits umfaßt die zweite Reihenschaltung 32 hintereinander geschaltet den Widerstand 9, die p-Typ Feldeffekttransistoren (im weiteren als p-FET bezeichnet) 4 und 5 und den Widerstand 10. Ein Anschluß des Widerstandes 9 ist mit der Spannungsversorgungs leitung 20 und der andere mit der Source-Elektrode des p-FET 4 verbunden. Die Drain des p-FET 4 ist mit dessen Gate und der Source des p-FET 5 verbunden. Die Drain-Elektrode des p-FET 5 ist mit dessen Gate und einem Anschluß des Widerstandes 10, und dessen anderer Anschluß mit Masse verbunden. Der n-FET 3 und der p-FET 6 sind in Reihe zwischen die Spannungsversorgungsleitung 20 und Masse geschaltet. Genauer gesagt ist die Drain-Elektrode des n-FET 3 mit der Spannungsversorgungsleitung 20 und seine Source mit der Source des n-FET 6 verbunden. Die Drain-Elektrode des p-FET 6 ist mit Masse verbunden, während die Gate-Elektrode des n-FET 3 mit der Drain des n-FET 1 verbunden ist. Das Gate des p-FET 6 ist mit der Drain-Elektrode des p-FET 5 verbunden. Von einem Knoten zwischen der Source-Elektrode des n-FET 3 und der Source des p-FET 6 wird ein Ausgangssignal Vout abgenommen.

Nun wird der Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Spannungserzeugungs schaltkreises beschrieben. Wenn die Spannungsversorgung einge schaltet wird, wird eine Versorgungsspannung Vcc an die Spannungs versorgungsleitung 20 angelegt, so daß die n-FETs 1 und 2 und auch die p-FETs 4 und 5 leitend werden. Nimmt man nun an, daß der Widerstandswert R7 des Widerstandes 7 und der Widerstandswert R8 des Widerstandes 8 gleich sind (R7 = R8), wird das Potential an einem Knoten zwischen der Drain-Elektrode des n-FET 1 und dem Widerstand 7, d.h., das Gate-Potential des n-FET 3, gleich einem Wert, der durch folgenden Ausdruck gegeben ist:

Vcc/2 + V_thn

während das Potential an einem Knoten zwischen der Drain-Elektrode des p-FET 5 und dem Widerstand 10, d.h., das Gate-Potential des p-FET 6 gleich einem Wert wird, der durch den Ausdruck

Vcc/2 - V_thp

gegeben ist. Falls die Ausgangsspannung Vout größer als Vcc/2 wird, wird entsprechend der p-FET 6 leitend, so daß die Ausgangsspannung Vout abfällt. Falls andererseits die Ausgangsspannung Vout kleiner als Vcc/2 wird, wird der n-FET 3 leitend, so daß die Ausgangs spannung Vout ansteigt. Entsprechend wird die Ausgangsspannung Vout stets auf Vcc/2 gehalten.

Der Spannungserzeugungsschaltkreis der Fig. 1 ist genauer gesagt ein Spannungserzeugungsschaltkreis zur stabilen Erzeugung einer Spannung Vcc/2, die gleich der Hälfte der Versorgungsspannung ist.

Da der herkömmliche Spannungserzeugungsschaltkreis wie oben beschrieben konstruiert ist, fließt stets ein Strom durch die erste Reihenschaltung 31 und die zweite Reihenschaltung 32.

Daher sollten die Widerstandswerte der Widerstände 7-10 größer gemacht werden, um die Leistungsaufnahme zu vermindern. Da die Widerstände 7-10 durch Diffusion im Halbleitersubstrat erzeugt werden, wird die Fläche der Widerstände proportional zu den Widerstandswerten vergrößert. Damit wird die Schaltkreisfläche des Spannungserzeugungsschaltkreises größer. Die Widerstände 7, 8 und 9, 10 bilden Spannungsteiler zur Erzeugung des Gate-Poten tiales für den n-FET 3 bzw. den p-FET 6. Falls die Widerstandswerte größer werden, bewirkt die Schwankung der Versorgungsspannung Vcc eine Ungenauigkeit bei der Erfassung der Referenzspannung, die in jedem Spannungsteiler erzeugt wird, so daß die Ausgangsspannung Vout nicht auf Vcc/2 gehalten werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Probleme zu lösen und einen Spannungserzeugungsschaltkreis zu schaffen, der eine geringere Leistungsaufnahme und eine kleinere Schaltkreisfläche aufweist und eine stabilere Ausgangsspannung zur Verfügung stellt.

Der erfindungsgemäße Spannungserzeugungsschaltkreis für eine Halbleiterspeichereinrichtung umfaßt einen ersten Schaltkreis mit einer ersten Widerstandseinrichtung, einem oder mehereren Feld effekttransistoren eines ersten Leitfähigkeitstypes und einer zweiten Widerstandseinrichtung, die in Reihe geschaltet sind, und einen zweiten Schaltkreis mit einer dritten Widerstandseinrichtung, einem oder mehreren Feldeffekttransistoren eines zweiten Leit fähigkeitstypes und einer vierten Widerstandseinrichtung, die in Reihe geschaltet sind. Der erste und zweite Schaltkreis sind parallel zueinander geschaltet und die Gates von jedem der Feld effekttransistoren des ersten und zweiten Leitfähigkeitstypes sind mit deren jeweiligen ersten Leitelektroden verbunden. Ferner ist eine fünfte Widerstandseinrichtung zwischen einer ersten Referenz potentialquelle und der ersten und dritten Widerstandseinrichtung und eine sechste Widerstandseinrichtung zwischen einer zweiten Referenzpotentialquelle und der zweiten und vierten Widerstands einrichtung gebildet. Ein erster Ausgangsanschluß ist mit einer ersten Leitelektrode von einem der Feldeffekttransistoren des ersten Leitfähigkeitstypes und ein zweiter Ausgangsanschluß mit einer ersten Elektrode von einem der Feldeffekttransistoren des zweiten Leitfähigkeitstypes verbunden.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die erste und zweite Reihen schaltung parallel geschaltet, die fünfte Widerstandseinrichtung ist zwischen die erste Referenzpotentialquelle und die erste und zweite Reihenschaltung, und die sechste Widerstandseinrichtung zwischen die erste und zweite Reihenschaltung und die zweite Referenzspannungsquelle geschaltet, um so die Ströme durch die erste und zweite Reihenschaltung zu vermindern, wodurch die Widerstandswerte der zu verwendenden Widerstandseinrichtungen vermindert werden, so daß die Schaltkreisfläche verkleinert wird.

Da selbst für den Fall, daß Widerstandseinrichtungen mit kleinen Widerstandswerten benutzt werden, die Stromaufnahme im Vergleich mit einem herkömmlichen Spannungserzeugungsschaltkreis vermindert werden kann, kann genauer gesagt erfindungsgemäß die Schaltkreis fläche verkleinert werden. Selbst wenn die Versorgungsspannung schwankt, ändern sich die Ausgangsspannungen weniger, da die in jeder der Reihenschaltungen erzeugten Spannungswerte nicht weit schwanken.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, das einen Spannungserzeugungsschaltkreis für eine herkömmliche Halbleitereinrichtung darstellt; und

Fig. 2 ein Schaltbild, das eine Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 sowie beim in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreis sind ein erster Schaltkreis 31 mit einer Reihenschaltung, ein zweiter Schaltkreis 32 mit einer Reihenschal tung, ein n-FET 3 und ein p-FET 6 gebildet. Ferner sind Widerstände 11 und 12 geschaffen. Die Schaltkreise 31 und 32 mit den Reihen schaltungen sind zueinander parallel geschaltet und der Widerstand 11 ist zwischen erste Anschlüsse der Widerstände 7 und 9 und eine Spannungsversorgungsleitung 20 geschaltet, während der Widerstand 12 zwischen erste Anschlüsse der Widerstände 8 und 10 und Masse gebildet ist. Die restliche Struktur stimmt mit dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreis überein.

Der Betrieb der oben beschriebenen Ausführungsform stimmt mit demjenigen des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreises nahezu überein. Der Unterschied zum in Fig. 1 gezeigten herkömm lichen Schaltkreis besteht darin, daß der durch den Widerstand 11 fließende Strom auf den ersten Schaltkreis 31 und den zweiten Schaltkreis 32 aufgeteilt wird und diese Teilströme dann über den Widerstand 12 gemeinsam nach Masse abfließen.

Nun werden die Ausführungsform der Fig. 2 und der in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Schaltkreis verglichen. Es wird angenommen, daß die Werte der Widerstände 7-10 des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreises jeweils 400 kΩ betragen und jeder Wert der Widerstände 7-12 der Ausführungsform in Fig. 2 gleich 200 kΩ ist. Beim Vergleichen der Stromaufnahme wird in diesem Fall der von der ersten Reihenschaltung 31 des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreises aufgenommene Strom durch den folgenden Ausdruck dargestellt

(Vcc - 2 · V_thn)/(400 + 400) (1)

während der von der zweiten Reihenschaltung 32 des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreises aufgenommene Strom durch den Ausdruck

(Vcc - 2 · V_thp)/(400 + 400) (2)

dargestellt wird. Entsprechend ist die Stromaufnahme des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreises die Summe der Werte aus Gleichung (1) und Gleichung (2), so daß unter der Annahme, daß V_thn = V_thp = V_th gilt, der Gesamtwert durch den folgenden Ausdruck gegeben ist.

(Vcc - 2 · V_th)/400 (3)

Andererseits ist der von der Ausführungsform in Fig. 2 aufgenommene Strom durch die folgende Gleichung gegeben.

(Vcc - 2 · V_th)/600 (4)

Vergleicht man nun die Stromaufnahme des in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Schaltkreises, die durch Gleichung (3) ausgedrückt wird, mit dem durch die Ausführungsform der Fig. (2) aufgenommenen Strom, der durch die Gleichung (4) angegeben wird, so erkennt man, daß die Stromaufnahme der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform kleiner ist.

Als nächstes erfolgt ein Vergleich der Widerstandsflächen. Beim herkömmlichen Schaltkreis der Fig. 1 werden vier Widerstände zu 400 kΩ benutzt, während die Ausführung der Fig. 2 sechs Widerstände zu 200 kΩ verwendet. Daher ist das Verhältnis der Widerstandsfläche der Ausführung in Fig. 2 zur Widerstandsfläche des in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltkreises durch folgenden Ausdruck gegeben.

(200 · 6)/(400 · 4) = 0,75

Genauer gesagt beträgt die Widerstandsfläche der Ausführung in Fig. 2 etwa 75% von derjenigen des in Fig. 1 gezeigten herkömm lichen Schaltkreises.

Nun wird beschrieben, daß bei der Ausführungsform der Fig. 2 der selbe Effekt erzielt werden kann, selbst wenn die Widerstandswerte der Widerstände 7-10 und 11, 12 geändert werden. Zum Beispiel wird bei der Ausführungsform der Fig. 2 unter der Annahme, daß die Werte der Widerstände 7-10 gleich 20 kΩ und die Werte der Wider stände 11 und 12 gleich 400 kΩ sind, die Stromaufnahme durch folgenden Ausdruck gegeben

(Vcc - 2 · V_th)/820

und ist damit kleiner als der vom herkömmlichen Schaltkreis der Fig. 1 aufgenommene Strom, der durch Gleichung (3) angegeben wird. Betrachtet man das Verhältnis der Widerstandsflächen, so erkennt man ferner, daß die Widerstandsfläche der Ausführung in Fig. 2 55% von derjenigen des herkömmlichen Schaltkreises der Fig. 1 beträgt.

Wie oben beschrieben worden ist, kann die Ausführungsform der Fig. 2 im Vergleich mit dem herkömmlichen Schaltkreis der Fig. 1 sowohl die Stromaufnahme als auch die Widerstandsfläche vermindern.

Obwohl bei der Ausführung der Fig. 2 die Widerstände 7-12 als Widerstandseinrichtungen verwendet wurden, können auch Feldeffekt transistoren benutzt werden. Obwohl in Fig. 2 zwei n-FETs 1 und 2 und zwei p-FETs 4 und 5 gebildet sind, können ferner auch einer oder mehr als zwei n-FETs bzw. p-FETs geschaffen werden. In diesem Fall wird der Wert der Ausgangsspannung Vout auf einen anderen Wert als Vcc/2 stabilisiert. Genauer gesagt ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Erzeugung einer Ausgangsspannung von Vcc/2 beschränkt, sondern kann auch Spannungen anderer Werte erzeugen.

Claims

1. Spannungserzeugungsschaltkreis für eine Halbleitereinrichtung, umfassend einen ersten Schaltkreis (31) mit einer ersten Widerstandseinrichtung (7), einem oder mehreren Feldeffekttransi storen (1, 2) eines ersten Leitfähigkeitstypes und einer zweiten Widerstandseinrichtung (8), die in Reihe geschaltet sind, einen zweiten Schaltkreis (32) mit einer dritten Widerstandseinrichtung (9), einem oder mehreren Feldeffekttransistoren (4, 5) eines zweiten Leitfähigkeitstypes und einer vierten Widerstandseinrich tung (10), die in Reihe geschaltet sind, wobei der erste und zweite Schaltkreis (31, 32) parallel geschaltet sind und die Gates aller Transistoren (1, 2, 4, 5) des ersten und zweiten Leitfähigkeitstypes jeweils mit deren ersten Leitfähigkeitselek troden verbunden sind, eine fünfte Widerstandseinrichtung (11), die zwischen einer ersten Referenzpotentialquelle (20) und den ersten und dritten Widerstandseinrichtungen (7, 9) gebildet ist, eine sechste Widerstandseinrichtung (12), die zwischen einer zweiten Referenzpotentialquelle und den zweiten und vierten Widerstandseinrichtungen (8, 10) gebildet ist, einen ersten Ausgangsanschluß, der mit einer ersten Leitelektrode von einem der Feldeffekttransistoren (1) des ersten Leitfähigkeitstypes verbunden ist, und einen zweiten Ausgangsanschluß, der mit einer zweiten Leitelektrode von einem der Feldeffekttransistoren (5) des zweiten Leitfähigkeitstypes verbunden ist.

2. Spannungserzeugungsschaltkreis für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Widerstandseinrichtungen (7-12) Widerstandsbauelemente sind.

3. Spannungserzeugungsschaltkreis für eine Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten und zweiten Referenzspannungsquellen gleich einer Spannungsversorgungsleitung (20) und die andere gleich einer Masseleitung ist.