DE4226047C2 - Schaltkreis zur Erzeugung einer internen Spannungsversorgung mit einer Steuerschaltung zur Durchführung eines Belastungstests ("Burn-in-Test") - Google Patents

Schaltkreis zur Erzeugung einer internen Spannungsversorgung mit einer Steuerschaltung zur Durchführung eines Belastungstests ("Burn-in-Test")

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltkreis zur Erzeugung einer internen Betriebsspannung aus einer externen Spannung, wie er insbesondere in einem Schaltkreis zur Erzeugung einer internen Spannungsversorgung bei einer hochintegrierten Halbleiter-Speichervorrichtung eingesetzt wird.
Da Halbleiter-Speichervorrichtungen hochintegriert aufgebaut sind, werden zunehmend miniaturisierte Elemente, wie beispielsweise ein Transistor, bei dem es sich um ein konstruktives Element in einem Mikrochip handelt, eingesetzt. Wenn eine externe Spannungsversorgung, die an nicht miniaturisierte Elemente angelegt wurde, an ein miniaturisiertes Element, wie beispielsweise einen Transistor angelegt wird, wird dieser durch die Einwirkung, die durch ein relativ starkes elektrisches Feld hervorgerufen wird, zerstört. Demzufolge erfordert eine hochintegrierte Halbleiter- Speichervorrichtung einen Schaltkreis zur Erzeugung einer internen Stromversorgung, um das Niveau einer externen Stromversorgung auf das Niveau der Betriebsspannung für den Chip herabzusetzen. Zum Beispiel muß für eine Halbleiter-Speichervorrichtung eine interne Spannungsversorgung von 4 Volt verwendet werden, die gewöhnlich durch Herabsetzung einer externen Spannung von 5 Volt erhalten wird. Weiterhin wird eine Halbleiter-Speichervorrichtung eine weiter herabgesetzte externe und interne Spannung verwenden.
Aus der DE 37 22 421 C2 ist eine Halbleiterschaltung bekannt mit einer Steuerschaltung, welche bei speziellen Prüfungen, wie beispielsweise Einbrennen, d. h. Belasten mit erhöhter Spannung zum Ermitteln und Aussondern fehlerhafter Bauelemente, aktiviert wird. Ein interner Betriebsspannungswandler erzeugt dabei eine Spannung, welche höher ist als die interne Betriebsspannung und führt diese der Hauptschaltung als Betriebsspannung zu. Die Betriebsspannung für die Hauptschaltung wird während des Einbrennens erhöht. damit die Einbrenngeschwindigkeit erhöht wird und die für das Einbrennen benötigte Zeit sich verringert.
Ein herkömmlicher interner Spannungsgenerator, der das Niveau der externen Spannung auf ein vorgegebenes Niveau herabsetzt, das für den Betrieb einer Halbleiter-Speichervorrichtung verwendet wird, ist in Fig. 4 gezeigt. Der interne Spannungsgenerator weist einen Schaltkreis 10 zur Erzeugung einer Referenzspannung VREF, einen Komparator 30 eines Differentialverstärkers zum Vergleich der internen Spannung mit der Referenzspannung VREF und einen Treiber (Verstärker) 20 zum Anlegen der externen Spannung ext.Vcc herabgesetzt als interne Spannung (Spannungsversorgung int.Vcc) entsprechend der Steuerung des Komparators 30 auf.
Die interne Spannung, die durch den Treiber 20 erzeugt wird, wird zu den (nicht dargestellten) Speicherelementen des Chips als auch zu einem Eingang des Komparators 30 geführt. Falls die interne Spannung herabgesetzt wird, die durch den Komparator ermittelt wird, um die Ausgangsspannung 61 zu verringern, wird der Treiber 20 verstärkt angesteuert, um die Herabsetzung der internen Spannung zu kompensieren. Die Betriebscharakteristiken (Kennlinien) des Komparators 30 sind aus dem Stand der Technik bekannt, und auf eine detaillierte Beschreibung wird daher verichtet. Ein solcher herkömmlicher Schaltkreis erzeugt immer eine konstante interne Spannung, indem er eine externe Spannung erhält, die einen Wert aufweist, die ein vorgegebenes Niveau, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, übersteigt.
Daher kann ein solcher herkömmlicher Schaltkreis die interne Spannung nicht der externen Spannung angleichen, um den Halbleiter-Speicherchip einem Test wie beispielsweise einem "Burn-in-Test" zu unterwerfen (fertiggestellte Halbleiter-Chips werden einer erhöhten Spannung unterworfen, die einen vorgegebenen Wert bei einer erhöhten Temperatur für eine lange Zeitdauer übersteigen, um so fehlerhafte Teile zu ermitteln), da sie so ausgelegt sind, daß sie stets eine vorgegebene interne Spannung entsprechend irgendeiner externen Spannung, die zugeführt wird, abgeben. Somit ist es nicht möglich, ohne weiteres die fehlerhaften Chips zu ermitteln, woraus ein beträchtlicher Zeitverlust und eine Verringerung der Zuverlässigkeit der Halbleiter-Speichervorrichtung resultiert.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen eine interne Spannung erzeugenden Schaltkreis zu schaffen, der eine vorgegebene interne Versorgungsspannung an eine Halbleiter-Speichervorrichtung abgibt, falls die externe zugeführte Spannung sich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs bewegt oder eine externe Spannung abgibt, wenn die extern zugeführte Spannung ihrerseits ein vorgegebenes Niveau überschreitet.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung von einem Schaltkreis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Schaltkreises zur Erzeugung einer internen Spannungsversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine spezielle Ausführungsform des Schaltkreises gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ausgangsspannungen des Schaltkreises nach der Fig. 2,
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung eines herkömmlichen Schaltkreises zur Erzeugung einer internen Spannung (Spannungsversorgung) und
Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Ausgangskennlinien des herkömmlichen Schaltkreises nach der Fig. 4.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein Schaltkreis zur Erzeugung einer internen Spannung gemäß der vorliegenden Erfindung einen externen Spannungsdetektor 100 zur Ermittlung einer extern zugeführten Spannung eine Steuerschaltung 200, einen Komparator 300 und einen Treiber (Verstärker) 50 auf. Der externe Spannungsdetektor 100 versorgt die Steuerschaltung 200 mit einem Signal, das dem Niveau der dem Spannungsversorgungsanschluß zugeführten Spannung entspricht.
Die Steuerschaltung 200 öffnet oder sperrt den Ausgang des Komparators 300 in Abhängigkeit des Signals des externen Spannungsdetektors 100 und steuert den Einschaltvorgang des Treibers 50. Der Aufbau des Komparators 300 und des Treibers 50 ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Wie die Fig. 2 zeigt, weist der externe Spannungsdetektor 100 einen Transistor 21 auf, der mit enem Anschluß (Ende des Kanals) mit dem externen Spannungsanschluß ext.Vcc verbunden ist, sowie eine spannungsherabsetzende Transistoreinrichtung 22, 23 und 24, die mit den Drain-Source-Strecken seriell mit dem anderen Ende des Kanals des Transistors 21 verbunden sind, einen Widerstand R1, der mit den Kanälen der spannungsherabsetzenden Transistoreinrichtung 22, 23 und 24 verbunden ist und eine Differenzverstärkerschaltung 100A, deren erster Eingang mit dem gemeinsamen Anschluß zwischen der spannungsherabsetzenden Transistoreinrichtung 22, 23 und 24 und dem Widerstand R1 verbunden ist und die einen zweiten Eingang aufweist, der mit einer zweiten Referenzspannung VREF2 versorgt wird. Der Ausgang der Differenzverstärkerschaltung 100A ist mit dem Steueranschluß des Transistors 21 und mit dem Eingang von zwei Invertern INV1 und INV2, die in Serie geschaltet sind, verbunden.
Die Zahl der PMOS-Transistoren 22, 23 und 24 der spannungsherabsetzenden Transistoreinrichtung wird entsprechend der extern zugeführten Spannung ext.Vcc gewählt, und bei den zwei Invertern INV1 und INV2 handelt es sich um einen Treiber- Schaltkreis zur Verstärkung des Signals B1. Das Niveau der zweiten Referenzspannung VREF2 wird entsprechend dem vorgegebenen Wert der externen Versorgungsspannung, die durch einen eine Referenzspannung erzeugenden Schaltkreis erzeugt wird, eingestellt.
Die Steuerschaltung 200 weist ein Gatter TM1 und einen Transistor 25 auf. Der Kanal des Gatters TM1 ist mit der Ausgangsleitung des Komparators 300 verbunden, die mit dem Steueranschluß des Treibers 50 verbunden ist. Der Ausgang des externen Spannungsdetektors 100 wird als Steuersignal dem Gatter TM1 zugeführt. Der Transistor 25 wird durch den Ausgang des externen Spannungsdetektors 100 gesteuert und weist einen Kanal zwischen einem Kanal des Gatters TM1 und dem Masseanschluß auf, von dem ein Ende mit der Leitung G1 zwischen dem Kanal des Gatters TM1 und dem Steueranschluß des Treibers 50 verbunden und wobei das andere Ende mit dem Masseanschluß verbunden ist. Es ist festzustellen, daß das Ausgangssignal des externen Spannungsdetektors 100 den Transistor 25 einschaltet, um das Übertragungs-Gatter TM1 abzuschalten, wodurch die Spannung der Leitung G1 auf das Massepotential abfällt, wobei der Treiber 50 vollständig durchgesteuert wird.
Nachfolgend wird die Betriebsweise des Schaltkreises nach Fig. 2 näher erläutert.
Falls die extern zugeführte Spannung ein Niveau aufweist, das nicht ausreicht, um am Spannungsteiler den Netzknotenpunkt F1 (oder B1) des externen Spannungsdetektors 100 zu erreichen, der ein hohes Potential (Niveau) aufweist, (d. h., falls die extern zugeführte Spannung ein Niveau unterhalb des oben vorgegebenen Wertes des Chips besitzt und demzufolge die Spannung des Netzknotenpunkts F1 unterhalb der zweiten Referenzspannung VREF2 liegt), erhält der Ausgang B2 des externen Spannungsdetektors 100 den logischen Wert "NULL", so daß das Gatter TM1 der Steuerschaltung 200 eingeschaltet und der Transistor 25 abgeschaltet wird. Demzufolge wird das Ausgangssignal des Komparators 300 dem Steueranschluß des Treibers 50 zugeführt. In diesem Fall arbeitet der Schaltkreis in der gleichen Weise wie der herkömmliche Schaltkreis nach der Fig. 4, und das Niveau der internen Spannungsversorgung int.Vcc ändert sich in dem Intervall T1 gemäß Fig. 3. Falls die extern zugeführte Spannung ext.Vcc weiterhin ein Niveau unerhalb des vorgegebenen Wertes aufweist, zeigt das Diagramm nach der Fig. 3 die gleichen Werte wie ein herkömmlicher Schaltkreis.
Um die spezielle Aufgabe, die in einem "Burn-in-Test" vorgegeben ist, zu erfüllen, übersteigt, falls die extern zugeführte Spannung ein Niveau oberhalb des vorgegebenen Wertes aufweist, die Spannung des Netzknotenpunkts F1 die zweite Referenzspannung VREF2 und demzufolge geht die Spannung von B1 in den logischen Zustand "Eins" über (die extern zugeführte Spannung ext.Vcc, um die Spannung von B1 auf das Niveau "Eins" zu setzen, wird unmittelbar durch Wahl des Wertes des Widerstandes R1 und die Zahl der PMOS-Transistoren 22, 23 und 24 der spannungsherabsetzenden Transistor- Einrichtung erhalten). Die Spannung von B1 des Niveaus "Eins" wird zugeführt, falls die Spannung von B2 das Niveau "Eins" aufweist, um die Steuerschaltung 200 über die zwei Inverter INV1 und INV2 anzusteuern. Der Grund, daß die Spannung von B1 weiterhin den Zustand "Eins" aufweist, ist derjenige, daß die Differenzverstärkerschaltung 100A den Transistor 21 so ansteuert, daß er alternierend eingeschaltet oder in einer sehr kurzen Folge eingeschaltet und abgeschaltet wird.
Somit schaltet das Signal B2 mit dem Zustand "Eins" das Gatter TM1 der Steuerschaltung 200 ab und demzufolge den Transistor 25 ein. Dann wird der Ausgang G2 des Komparators 200 von dem Steueranschluß des Treibers 50 unterbrochen (abgetrennt), und die Spannung G1 wird über den Kanal des eingeschalteten Transistors 25 zur Masse hin gezogen. Demzufolge wird der Treiber 50 vollständig eingeschaltet, um so die interne Spannung int.Vcc, die das Niveau der extern zugeführten Spannung ext.Vcc besitzt, zu erzeugen. Natürlich halten die Spannungen von B1 und B2, sofern die extern zugeführte Spannung ein Niveau oberhalb des spezifizierten oder vorgegebenen Wertes aufweist, weiterhin das hohe Niveau aufrecht, so daß die interne Spannung so beibehalten wird, daß sie den gleichen Wert wie die extern zugeführte Spannung aufweist. In diesem Fall wird der Ausgang des Komparators 300 von dem Steueranschluß des Treibers 50 durch Abtrennung unterbrochen gehalten.
Somit wird gemäß Fig. 3 nach dem Zeitpunkt T1, zu dem die extern zugeführte Spannung ext.Vcc ein Niveau oberhalb des spezifizierten Wertes des Chips aufweist, die interne Spannung int.Vcc so beibehalten, daß das gleiche Niveau wie die extern zugeführte Spannung ext.Vcc (in Fig. 3 wird die Lage des Zeitpunkts T1 genau gemäß den Kennlinien des Chips eingestellt) aufrechterhalten wird. Demzufolge kann die interne Spannung das gleiche Niveau wie die extern zugeführte Spannung aufweisen, so daß der "Burn-in-Test" in einfacher Weise durchgeführt werden kann, um fehlerhafte Chips auszusondern.

Claims (9)

1. Schaltkreis zur Erzeugung einer internen Betriebsspannung aus einer externen Spannung mit
einem Komparator (300) zum Vergleichen einer ersten Referenzspannung (Vref1) mit der internen Betriebsspannung und zum Erzeugen eines ersten Steuersignals,
einem Spannungsdetektor (100) zur Bestimmung der externen Spannung und Erzeugung eines zweiten Steuersignals, wenn die externe Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
eine Steuerschaltung (200), die im Ansprechen auf das erste und zweite Steuersignal einen Ausgangstreiber (50) so ansteuert, daß dieser an seinen Ausgang die interne Betriebsspannung erzeugt, wenn die externe Spannung unter dem vorgegebenen Schwellwert liegt und daß der Ausgangstreiber (50) die interne Betriebsspannung auf das Niveau der externen Spannung anhebt, wenn die externe Spannung den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Schwellwert in den Kenndaten des betreffenden Chips vorgegeben ist.
3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungsdetektor (100) einen Transistor (21) aufweist, dessen einer Anschluß mit der externen Spannungsversorgung verbunden ist,
daß eine, die Spannung herabsetzende Transistor-Einrichtung (22-24) vorgesehen ist, die seriell mit dem anderen Anschluß des Transistors (21) verbunden ist,
daß ein Widerstand (R1), der mit der Transistor-Einrichtung (22-24) verbunden ist, vorgesehen ist,
daß ein Differenzverstärker (100A) mit zwei Eingangsleitungen, wobei die erste Eingangsleitung mit einem gemeinsamen Anschluß der Transistor-Einrichtung (22-24) und dem Widerstand (R1) verbunden ist, und die zweite Eingangsleitung derart verbunden ist, daß sie eine zweite Referenzspannung (Vref2) führt, wobei das Ausgangssignal des Differenzverstärkers der Steuerelektrode des Transistors (21) und der Steuerschaltung (200) als das zweite Steuersignal zugeführt wird, vorgesehen ist.
4. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (21) ein PMOS-Transistor ist.
5. Schaltkreis nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistor-Einrichtung (22-24) eine Vielzahl von PMOS-Transistoren aufweist, die als Dioden miteinander verschaltet sind.
6. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Inverterschaltung (INV1, INV2) einen CMOS-Schaltkreis aufweist, der zwischen dem Ausgang des Spannungsdetektors (100) und der Steuerschaltung (200) gebildet ist, so daß das Ausgangssignal des Spannungsdetektors (100) über die Inverterschaltung an die Steuerschaltung (200) übertragen wird.
7. Schaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Ausgangstreibers dasselbe Niveau wie die externe Spannung aufweist, wenn sich das Ausgangssignal des Spannungsdetektors (100) in dem logischen Zustand "EINS" über der logischen Schwellwertspannung des MOS-Elementes in der Inverter-Schaltung befindet.
8. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (200) folgende Merkmale aufweist:
einen Durchlaß-Transistor (TM1), dessen einer Kanal mit der Ausgangsleitung des Differenzverstärkers (100A) verbunden ist, um das Ausgangssignal des Spannungsdetektors (100) als Steuersignal aufzunehmen, wobei die Ausgangsleitung mit dem Steueranschluß des Ausgangstreibers (50) verbunden ist, und
einen Transistor (25), der einen Kanal aufweist, dessen eines Ende mit dem Kanal des Durchlaß-Transistors (TM1) und mit dem Steueranschluß des Ausgangstreibers (50) verbunden ist, um das Ausgangssignal des Spannungsdetektors (100) als Steuersignal aufzunehmen.
9. Schaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß-Transistor ein Gatter mit mehreren Steuereingängen zum komplementären Empfang des Ausgangssignals des Spannungsdetektors ist.
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