DE4214106A1

DE4214106A1 - Bezugsspannungsgeneratorschaltung

Info

Publication number: DE4214106A1
Application number: DE4214106A
Authority: DE
Inventors: Jae-Hyeong Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1993-09-23
Also published as: GB2265478B; KR930020658A; TW250603B; FR2688904A1; GB9209196D0; IT1254948B; GB2265478A; ITMI921017A1; ITMI921017A0; KR950010284B1; FR2688904B1; JPH0643953A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Halbleiterbauelementen oder -baugruppen und betrifft insbesondere eine Bezugsspan nungsgeneratorschaltung derartiger Bauelemente oder Baugrup pen.

Bezugsspannungsgeneratorschaltungen werden in weitem Umfang für digitale/analoge Halbleiterbauelemente und Bau gruppen verwandt wobei eine Bezugsspannungsgeneratorschal tung, die von Temperaturänderungen und Herstellungsprozeßänderungen unabhängig ist, insbesondere bei integrierten MOS Schaltungen benötigt wird.

Es sind daher bereits Konstant spannungsschaltungen mit Bipolartransistoren oder -schaltun gen entwickelt worden, die den Schwellenspannungsunterschied eines MOS Transistors vom Anreichungstyp oder eines MOS Transistors vom Verarmungstyp ausnutzen. Diese herkömmlichen Schaltungen können Schwankungen in der Bezugsspannung auf grund von Änderungen in der Temperatur und im Herstellungsprozeß vermindern, benötigen jedoch andererseits eine zu sätzliche Bearbeitung. Darüberhinaus nimmt der Energiever brauch bei einer derartigen Bezugsspannungsgeneratorschal tung außerordentlich zu.

Fig. 3 der zugehörigen Zeichnung zeigt eine herkömm liche Bezugsspannungsgeneratorschaltung. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Widerstand R, der zwischen einer Energiequelle Vcc und einer Bezugsspannung Vref liegt, mit einer Diode verbunden, die aus mehreren PMOS Transistoren besteht und zwischen die Bezugsspannung Vref und Masse Vss geschaltet ist. Da die Bezugsspannung Vref proportional zur Schwellenspannung Vt eines MOS Transistors ist, schwankt die Bezugsspannung Vref nach Maßgabe von Schwankungen in der Schwellenspannung des MOS Transistors infolge von Änderungen in der Temperatur und im Herstellungsprozeß.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel einer bekannten Bezugsspannungsgeneratorschaltung. Die in Fig. 4 dargestell te Schaltung weist einen Widerstand R, der zwischen einer Energiequelle Vcc und einer Bezugsspannung Vref liegt, eine MOS Diode aus einem PMOS Transistor, an dessen Sourceelek trode die Bezugsspannung Vref liegt, und dessen Gateelek trode mit seiner Drainelektrode verbunden ist, und einen NMOS Transistor auf, dessen Drainelektrode mit der Drain elektrode der MOS Diode verbunden ist, an dessen Gateelek trode die Bezugsspannung Vref liegt und dessen Sourceelek trode an Masse Vss liegt. Diese Schaltung gibt eine Bezugs spannung Vref unter Ausnutzung der Rückkoppelung durch den NMOS Transistor aus, wobei die Bezugsspannung Vref durch die Summe der Schwellenspannung Vt des PMOS Transistors und des Spannungsabfalls über dem NMOS Transistor gegeben ist. Wenn die Temperatur ansteigt und somit die Bezugsspannung Vref abfällt, nimmt der Widerstand des NMOS Transistors relativ zum Spannungsabfall zu, wodurch die Bezugsspannung Vref ansteigt. Der Wert der Bezugsspannung Vref ändert sich je doch empfindlich mit Schwankungen in der Energieversorgungs spannung.

Durch die Erfindung soll daher eine Bezugsspannungs generatorschaltung eines Halbleiterbauelementes oder einer Halbleiterbaugruppe geschaffen werden, die für Temperatur- und Herstellungsprozeßänderungen unempfindlich ist.

Die erfindungsgemäße Bezugsspannungsgeneratorschaltung für ein Halbleiterbauelement oder eine Halbleiterbaugruppe soll insbesondere für Schwankungen in der Energieversor gungsspannung unempfindlich sein.

Dazu umfaßt die erfindungsgemäße Bezugsspannungsgenera torschaltung
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Bezugsstromes,
eine eine Bezugsspannung erzeugende Einrichtung, die eine Bezugsspannung ausgibt, die gleich dem Produkt des Bezugsstromes und des Widerstandes eine Widerstandseinrich tung ist, die zwischen den Ausgang der die Bezugsspannung erzeugenden Einrichtung und Masse geschaltet ist, wobei die Widerstandseinrichtung dadurch gebildet ist, daß eine MOS Diode und ein MOS Transistor, der durch die Bezugsspannung gesteuert wird, in Reihe geschaltet sind, und
eine Stromspiegelschaltung, die einen Strom, der pro portional zum Bezugsstrom ist, der von der einen Bezugsstrom erzeugenden Einrichtung erzeugt wird, der eine Bezugsspan nung erzeugenden Einrichtung zuführt.

Die erfindungsgemäße Bezugsspannungsgeneratorschaltung bewirkt, daß die Bezugsspannung für Temperatur- und Herstellungsprozeßänderungen unempfindlich ist.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das Schaltbild des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bezugsspannungsgeneratorschaltung für ein Halbleiterbauelement oder eine Halbleiterbaugruppe,

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung den Bezugsstrom gegenüber der Energieversorgungsspannung bei dem Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bezugsspannungsgene ratorschaltung,

Fig. 3 ein Beispiel einer Bezugsspannungsgenerator schaltung eines herkömmlichen Halbleiterbauelementes oder einer herkömmlichen Halbleiterbaugruppe und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bezugs spannungsgeneratorschaltung eines herkömmlichen Halbleiter bauelementes oder einer herkömmlichen Halbleiterbaugruppe.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bezugsspannungsgeneratorschaltung umfaßt eine einen Bezugsstrom erzeugende Schaltung 10, die einen Bezugsstrom erzeugt, der für Änderungen in der Temperatur und im Herstellungsprozeß unempfindlich ist, und aus einem PMOS Transistor MP4, an dessen Sourceelektrode die Energie versorgungsspannung Vcc liegt, und dessen Gateelektrode an Masse liegt, aus einem NMOS Transistor MN3, dessen Drain elektrode mit der Drainelektrode des PMOS Transistors MP4 verbunden ist und dessen Sourceelektrode an Masse liegt, einem NMOS Transistor MN2, dessen Gateelektrode mit der Drainelektrode des NMOS Transistors MN3 verbunden ist und dessen Sourceelektrode mit der Gateelektrode des NMOS Tran sistors MN3 verbunden ist, aus einem Widerstand R1, der mit der Sourceelektrode des NMOS Transistors MN2 verbunden ist, und einem NMOS Transistor MN4 gebildet ist, dessen Drain elektrode mit dem Widerstand R1 verbunden ist und dessen Source- und Gateelektrode gemeinsam an Masse liegen, einen Stromspiegel 20 zum Spiegeln des Bezugsstromes, der aus einem PMOS Transistor MP1, an dessen Sourceelektrode die Energieversorgungsspannung liegt und dessen Gate- und Drain elektroden mit der Drainelektrode des NMOS Transistors MN2 verbunden sind, und aus einem PMOS Transistor MP2 gebildet ist, an dessen Sourceelektrode die Energieversorgungsspan nung liegt und dessen Gateelektrode mit der Gateelektrode des PMOS Transistors MP1 verbunden ist, und eine eine Be zugsspannung erzeugende Schaltung 30, die aus einem PMOS Transistor MP3, dessen Sourceelektrode mit der Drainelek trode des PMOS Transistors MP2, einem Substrat und dem Be zugsspannungsausgangsknotenpunkt verbunden ist und dessen Gate- und Sourceelektroden zusammengeschaltet sind, und einem NMOS Transistor MN1 aufgebaut ist, dessen Drainelek trode mit der Drainelektrode des PMOS Transistors MP3 ver bunden ist, dessen Gateelektrode am Ausgangsknotenpunkt liegt und dessen Sourceelektrode an Masse liegt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung kann der Bezugsstrom Iref wie folgt ausgedrückt werden:

wobei "^VtMN3" und "^VtMN4" die Schwellenspannungen der NMOS Transistoren MN3 und MN4 jeweils bezeichnen.

In der obigen Gleichung ist der Bezugsstrom Iref proportio nal zum Schwellenspannungsunterschied der NMOS Transistoren MN3 und MN4. Daher ist Iref unempfindlich für Änderungen in der Temperatur und im Herstellungsprozeß und unabhängig von der Energiequellenspannung.

Wenn der Bezugsstrom Iref durch den Stromspiegel 20 fließt, dann ist die Bezugsspannung Vref durch den Bezugs strom Iref unabhängig von der Energieversorgungsspannung bestimmt. Die Bezugsspannung Vref ist gleichfalls durch die Summe der Schwellenspannungen des PMOS Transistors MP3 und des NMOS Transistors MN1 bestimmt.

Fig. 2 zeigt in einer graphischen Darstellung den Be zugsstrom gegenüber der Energieversorgungsspannung der eine Bezugsstrom erzeugenden Schaltung, wobei erkennbar ist, daß der Strom linear bis zu zwei Volt ansteigt, danach jedoch ein konstanter Strom erzeugt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Bezugsspannungsgenerator schaltung ergeben sich die folgenden Schwankungen der Be zugsspannung gegenüber der Temperatur.

Die erfindungsgemäße Bezugsspannungsgeneratorschaltung ist folglich für Änderungen in der Temperatur und im Herstellungsprozeß unempfindlich und unabhängig von Schwankungen in der Energieversorgungsspannung. Eine spezielle Maske oder eine zusätzliche Bearbeitung werden bei ihrer Herstellung nicht benötigt.

Claims

1. Bezugsspannungsgeneratorschaltung gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (10), die einen Bezugsstrom Iref er zeugt,
eine eine Bezugsspannung erzeugende Einrichtung (30), die eine Bezugsspannung Vref ausgibt, die gleich dem Produkt des Bezugsstromes und des Widerstandswertes einer Wider standseinrichtung ist, die zwischen den Ausgang der die Bezugsspannung erzeugenden Einrichtung (30) und Masse ge schaltet ist, wobei die Widerstandseinrichtung dadurch ge bildet ist, daß eine MOS Diode und ein MOS Transistor, der von der Bezugsspannung gesteuert wird, in Reihe geschaltet sind, und
eine Stromspiegelschaltung (20), die einen Strom, der proportional zum Bezugsstrom ist, der von der den Bezugs strom erzeugenden Einrichtung (10) erzeugt wird, der die Bezugsspannung erzeugenden Einrichtung (30) zuführt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS Diode aus einem ersten PMOS Transistor (MP3) ge bildet ist, dessen Gate- und Draineelektroden miteinander verbunden sind und an dessen Source und Substrate gemeinsam die Bezugsspannung liegt.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS Transistor aus einem ersten NMOS Transistor (MN1) besteht, an dessen Gateelektrode die Bezugsspannung liegt, dessen Drainelektrode mit der Drainelektrode des ersten PMOS Transistors (MP3) verbunden ist und dessen Sour ceelektrode an Masse liegt.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung (20) einen Strom mit geringe rer Stärke als der des Bezugsstromes der den Bezugsstrom erzeugenden Schaltung (10) nach Maßgabe der Größe der Tran sistoren, die die Stromspiegelschaltung (20) bilden, der die Bezugsspannung erzeugenden Schaltung (30) zuführt.

5. Schaltung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stromspiegelschaltung (20) einen zweiten PMOS Transistor (MP1), an dessen Source elektrode die Energieversorgungsspannung liegt und dessen Drainelektrode mit seiner Gateelektrode verbunden ist, und einen dritten PMOS Transistor (MP2) umfaßt, an dessen Sourceelektrode die Energieversorgungsspannung liegt, dessen Gateelektrode mit der Gateelektrode des zweiten PMOS Transi stors (MP1) verbunden ist und dessen Drainelektrode mit der Sourceelektrode des ersten PMOS Transistors (MP3) verbunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Bezugsstrom erzeugende Schaltung (10)
einen vierten PMOS Transistor (MP4), an dessen Source elektrode die Energieversorgungsspannung liegt und dessen Gateelektrode an Masse liegt,
einen zweiten NMOS Transistor (MN3), dessen Drainelek trode mit der Drainelektrode des vierten PMOS Transistors (MP1) verbunden ist und dessen Sourceelektrode an Masse liegt,
einen dritten NMOS Transistor (MN2), dessen Drainelek trode mit der Drainelektrode des zweiten PMOS Transistors (MP1) der Stromspiegelschaltung verbunden ist, dessen Gate elektrode mit der Drainelektrode des zweiten NMOS Transi stors (MN3) verbunden ist und dessen Sourceelektrode mit der Gateelektrode des zweiten NMOS Transistors verbunden ist,
einen Widerstand (R1), der mit der Sourceelektrode des dritten NMOS Transistors (MN2) verbunden ist, und
einen vierten NMOS Transistor (MN4) umfaßt, dessen Drainelektrode mit dem Widerstand verbunden ist und dessen Source- und Gateelektroden gemeinsam an Masse liegen.

7. Bezugsspannungsgeneratorschaltung gekennzeichnet durch eine eine Bezugsspannung erzeugende Einrichtung (30), die einen konstanten Bezugsstrom Iref empfängt und eine Bezugsspannung ausgibt, die gleich dem Produkt des Bezugs stromes und des Widerstandes einer Widerstandseinrichtung ist, die zwischen den Ausgang der die Bezugsspannung erzeu genden Einrichtung und Masse geschaltet ist, wobei die Wi derstandseinrichtung dadurch gebildet ist, daß eine MOS Diode und ein von der Bezugsspannung gesteuerter MOS Transi stor in Reihe geschaltet sind.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS Diode ein PMOS Transistor (MP3) ist, dessen Gate- und Drainelektroden miteinander verbunden sind und an dessen Source und Substrat gemeinsam die Bezugsspannung liegt.

9. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS Transistor ein NMOS Transistor (NM1) ist, an dessen Gateelektrode die Bezugsspannung liegt, dessen Drain elektrode mit der Drainelektrode des PMOS Transistors ver bunden ist und dessen Sourceelektrode an Masse liegt.