DE60100741T2

DE60100741T2 - Spannungserhöhung-klemmschaltung für einen flash speicher

Info

Publication number: DE60100741T2
Application number: DE60100741T
Authority: DE
Inventors: Takao Akaogi; K. Ali AL-SHAMMA; Edward Lee CLEVELAND; Yong Kim; Jin-Lien Lin; Tang Boon TEH; Kendra Nguyen
Original assignee: Fujitsu Ltd; Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Spansion LLC
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: US6351420B1; DE60100741D1; EP1254459B1; CN1280827C; CN1398405A; JP2003522366A; KR20030014350A; WO2001057874A3; ATE249674T1; EP1254459A2; JP4744761B2; KR100725648B1; TW516031B; WO2001057874A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Halbleiter-Speichervorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Spannungserhöhungspegel-Klemmschaltung für einen Flash-Speicher.
Bei der Konzipierung von IC-Schaltungen besteht der Trend, die IC-Schaltungen mit reduzierten Energieversorgungs-Spannungspegeln zu speisen. Frühere Schaltungs-Familien arbeiteten mit 5 Volt und 3,3 Volt. Derzeitige Familien arbeiten mit 1,8 Volt, und zukünftige Familien werden mit 1,0 Volt Nenn-Versorgungsspannung oder weniger arbeiten, z.B. mit 0,8 Volt. Diese niedrigen Energieversorgungsspannungen stellen Herausforderungen an Design und Arbeitsweise. Der Spannungswechsel, der bei Systemen mit niedriger Versorgungsspannung wie z.B. einem System mit einer Versorgungsspannung von 1,0 Volt verfügbar ist, ist typischerweise unzureichend für einen Lesevorgang oder ein Programm einer Flash-Speicher-Zelle. Deshalb sind Boost-Schaltungen entwickelt worden, um die erforderliche Spannungsvariation zu erzeugen. Zum Zugreifen auf die Kern-Zelle wird eine Wortleitungs-Spannung beispielsweise auf 3,2 Volt erhöht. Dadurch wird ermöglicht, dass der Kernzellen-Transistor voll eingeschaltet wird und der die Kern-Zelle hinreichend Strom aufnimmt, damit der Zustand der Zelle durch die Detektionsschaltung schnell erkannt werden kann.
Eine stark erhöhte Spannung ist generell in einem System mit niedriger Versorgungsspannung wie z.B. einem System mit einer Versorgung von 1,0-Volt erforderlich. Um diese stark erhöhte Spannung zu erzeugen, kann eine Mehrstufen-Erhöhungsschaltung mit einem effektiven Erhöhungsverhältnis verwendet werden. Die Charakteristik des effektiven Erhöhungsverhältnisses ist jedoch im wesentlichen linear, und bei einer Versorgungsspannung, die höher als ein bestimmter Wert ist, bewirkt das effekte Erhöhungsverhältnis eine erhöhte Spannung, die höher als gewünscht ist.
Der ungefähre Bereich der Versorgungsspannung, die einem Chip oder einer Speichervorrichtung zugeführt wird, kann je nach dem Anwendungsfall variieren. Selbstverständlich können Versorgungsspannungen auch im Verlauf der Lebensdauer einer Vorrichtung variieren. Bei zahlreichen Flash-Speiher-Anwendungen beispielsweise werden oft Batterien verwendet, um eine korrekte Versorgung zu leisten. Die Versorgungsspannung, die einer Speichervorrichtung aus einer Batterie zugeführt wird, kann einhergehend mit der Zeit und der Benutzung abnehmen; dennoch ist eine konsistente Leistung in sämtlichen Verwendungsstadien wünschenswert.
Es wäre wünschenswert, ein Verfahren oder eine Vorrichtung zu erstellen, mit denen verhindert werden kann, dass erhöhte Spannungen ein zu großes Maß annehmen. Ferner wäre wünschenswert, Erhöhungsschaltungen zu verwenden, die auf einen flexiblen Bereich von Spannungen reagieren, während dennoch die gewünschten Betriebseigenschaften erzielt werden.
US-A-5,537,073 beschreibt eine zum Erhöhen einer Energieversorgungsspannung in einer Halbleitervorrichtung vorgesehene Spannungserhöhungsschaltung, bei der übermäßige Erhöhungsspannungen vermieden werden, indem eine Klemmschaltung vorgesehen ist, welche die auf einer Erhöhungsleitung zugeführte Erhöhungsspannung festklemmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Spannungserhöhungsschaltung für einen Flash-Speicher vorgesehen, die versehen ist mit:
einer Erhöhungsschaltung zum Erhöhen einer Energieversorgungsspannung (Vcc) des Flash-Speichers auf einen Wortleitungs-Spannungspegel (VPXG), der zum Zugriff auf eine Kern-Zelle des Speichers adäquat ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungsschaltung ferner eine Abgleichsschaltung aufweist, die, wenn die Energieversorgungsspannung einen bestimmten Wert übersteigt, eine Nicht-Null-Einstellspannung (VCL) an die Erhöhungsschaltung derart ausgibt, dass nur ein Teil (Vclamp=Vcc-V_CL) der Versorgungsspannung zum Erhöhen mittels der Erhöhungsschaltung verfügbar ist.
Die Abgleichsschaltung enthält vorzugsweise eine Feedback-Schleife, die ferner einen ersten Transistor mit einer Schwellspannung aufweist; die als Klemmspannung dient. Die Feedback-Schleife enthält ferner Pull-up- und Pull-down-Transistoren, die mit dem ersten Transistor zwecks Stabilisierens der Feedback-Schleife verbunden sind, um die Ausgleichsspannung an die Spannungserhöhungsschaltung auszugeben.
Die Erhöhungsschaltung ist vorzugsweise mit einem spannungserhöhten Knotenpunkt verbunden, um die Wortleitungs-Spannung zum Zugreifen auf eine Kern-Zelle des Speichers zu erhöhen. Die Ausgleichsschaltung enthält den Schwellspannungs-Klemmtransistor zum Klemmen des spannungserhöhten Knotenpunkts auf eine gewünschte Spannung.
Ein Speicher, der die Spannungserhöhungsschaltung enthält, weist ein Kern-Zellen-Array, einen Adress-Dekodierer die Erhöhungsschaltung und die Ausgleichsschaltung auf. Der Adress-Dekodierer ist zum Aktivieren einer oder mehrerer Wortleitungen unter mehreren Wortleitungen aktiviert. Jeder Wortleitung der mehreren Wortleitungen ist eine Reihe des Kern-Zell-Arrays zugeordnet. Die Erhöhungsschaltung ist zum Erhöhen eines Teils der Versorgungsspannung des Speichers konfiguriert, um eine erhöhte Spannung an einem spannungserhöhten Knotenpunkt zu erzeugen, der mit dem Adress-Dekodierer verbunden ist. Der Adress-Dekodierer reagiert auf die erhöhte Spannung, indem er die Wortleitungs-Spannung einer oder mehrerer der Wortleitungen auf eine erhöhte Spannung vergrößert, die zum Zugriff auf eine Kern-Zelle des Kern-Zellen-Arrays geeignet ist. Die Ausgleichsschaltung ist mit der Erhöhungsschaltung verbunden und gibt eine Nicht-Null-Ausgleichsspannung an de Erhöhungsschaltung aus, so dass nur ein Teil der Versorgungsspannung für die von der Erhöhungsschaltung durchgeführte Erhöhung verfügbar ist, wenn die Versorgungsspannung einen bestimmten Wert überschreitet.
Die beigefügten Zeichnungen dienen lediglich als Beispiel:
1 zeigt ein Blockschaltbild einer vereinfachen Spannungserhöhungsschaltung;
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Speichers;
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Klemmschaltung zur Verwendung in dem Speicher gemäß 2;
4 zeigt ein Blockschaltbild einer generalisierten Spannungserhöhungsschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Spannungsklemmeingang; und
5 zeigt ein Blockschaltbild der generalisierten Spannungserhöhungsschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit auf Null gehaltenem Spannungsklemmeingang.
Bei der Konzipierung von IC-Schaltungen besteht der Trend, die IC-Schaltungen mit reduzierten Energieversorgungs-Spannungspegeln zu speisen. Frühere Schaltungs-Familien arbeiteten mit 5 Volt und 3,3 Volt. Derzeitige Familien arbeiten mit 1,8 Volt, und zukünftige Familien werden mit 1,0 Volt Nenn-Versorgungsspannung oder weniger arbeiten, z.B. mit 0,8 Volt. Diese niedrigen Energieversorgungsspannungen stellen Herausforderungen an Design und Arbeitsweise.
Eine Herausforderung an das Design hängt zusammen mit dem Zugreifen auf eine Kern-Zelle der Speichervorrichtung. Die Kern-Zelle ist das Datenspeicherelement der Speichervorrichtung. Der Spannungswechsel, der bei Systemen mit niedriger Versorgungsspannung wie z.B. einem System mit einer Versorgungsspannung von 1,0 Volt verfügbar ist, ist typischerweise unzureichend für einen Lesevorgang oder ein Programm einer Flash-Speicher-Zelle. Deshalb sind Boost-Schaltungen entwickelt worden, um die erforderliche Spannungsvariation zu erzeugen. Zum Zugreifen auf die Kern- Zelle wird eine Wortleitungs-Spannung beispielsweise auf 3,2 Volt erhöht. Dadurch wird ermöglicht, dass der Kernzellen-Transistor voll eingeschaltet wird und der die Kern-Zelle hinreichend Strom aufnimmt, damit der Zustand der Zelle durch die Detektionsschaltung schnell erkannt werden kann.
Eine stark erhöhte Spannung ist generell in einem System mit niedriger Versorgungsspannung wie z.B. einem System mit einer Versorgung von 1,0-Volt erforderlich. Um diese stark erhöhte Spannung zu erzeugen, kann eine Mehrstufen-Erhöhungsschaltung mit einem effektiven Erhöhungsverhältnis verwendet werden.
1 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform einer Spannungserhöhungsschaltung 50 mit N Stufen und einem effektiven Erhöhungsverhältnis B. Eine Versorgungsspannung Vcc wird an einem Knotenpunkt 52 seitens einer ersten Erhöhungsstufe A₁54 empfangen, die eine Spannung über den Knotenpunkt 56 an eine zweite Erhöhungsstufe A₂58 ausgibt. Die zweite Erhöhungsstufe A₂58 gibt eine Spannung über den Knotenpunkt 60 über zwischenliegende Erhöhungsstufen hinweg, falls vorhanden, an einen Knotenpunkt 62 auf einer letzten Erhöhungsstufe A_N74 aus, um eine erhöhte Spannung VPXG zu erzeugen. Diese erhöhte Spannung kann in vereinfachter Form ausgedrückt werden als: VPXG = VCC·(A1·A2· ... ·AN) = VCC·(B)wobei B (wie oben) das effektive Erhöhungsverhältnis ist. Das effektive Erhöhungsverhältnis kann entsprechend dem Wert der erhöhten Spannung VPXG gewählt werden, der für das Erhöhen erforderlich oder gewünscht ist. Es sei beispielsweise angenommen, dass in einem bestimmten Anwendungsfall, bei dem eine Versorgungsspannung Vcc von 0,8 Volt vorliegt, ein VPXG von 3,2 Volt erforderlich oder gewünscht ist. In diesem Fall kann das effektive Spannungsverhältnis B mit einem Wert gewählt werden, der ungefähr gleich vier ist. VPXG ≅ 3,2 V = VCC·B = (0,8 V)·(4)
Bei Prüfung ist das Verhältnis von Vcc zu VPXG durch das effektive Erhöhungs-Verhältnis im wesentlichen linear. Es kann geschehen, dass bei einer Versorgungsspannung, die höher als ein bestimmter Wert ist, das effektive Erhöhungsverhältnis eine erhöhte Spannung ergibt, die höher als gewünscht ist. Nimmt man beispielsweise an, dass Vcc ungefähr gleich 1,3 Volt ist und die Gleiche Erhöhungsschaltung mit einem äquivalenten effektiven Erhöhungsverhältnis B verwendet wird, dann ist die erhöhte Spannung VPXG gleich 5,2 Volt; was für eine Kernzellen-Detektionsschaltung zu hoch sein kann. VCC·B ≅ (1,3 V)·(4) = VPXG = 5,2 V.
Ob die erhöhte Spannung VPXG zu hoch ist, hängt von der bestimmten Schaltung ab, die verwendet wird. Bei einem Flash-Speicher, bei dem eine 0,8-Volt-Versorgungsspannung Vcc verwendet wird, könnte sogar eine erhöhte Spannung von 4,0 Volt zu hoch für bestimmte Schaltungen sein, wie z.B. die Kernzellen-Stromdetektionsschaltung. Zusammenfassend ausgedrückt können Variationen in der Versorgungsspannung Vcc möglicherweise eine Erhöhung auf ein inakzeptable hohes Niveau erhöhter Spannungen erzeugen.
Der ungefähre Bereich der Versorgungsspannung, die einem Chip oder einer Speichervorrichtung zugeführt wird, kann je nach dem Anwendungsfall variieren. Selbstverständlich können Versorgungsspannungen auch im Verlauf der Lebensdauer einer Vorrichtung variieren. Bei zahlreichen Flash-Speicher-Anwendungen beispielsweise werden oft Batterien verwendet, um eine korrekte Versorgung zu leisten. Die Versorgungsspannung, die einer Speichervorrichtung aus einer Batterie zugeführt wird, kann einhergehend mit der Zeit und der Benutzung abnehmen; dennoch ist eine konsistente Leistung in sämtlichen Verwendungsstadien wünschenswert. Beispielsweise kann zu Beginn der Betriebslebensdauer einer Batterie die Batteriespannung relativ hoch sein (1,2 Volt), während sie am Ende der Lebensdauer niedrig ist (z.B. 0,8 Volt). Dennoch muss die Speichervorrichtung über die gesamte Lebensdauer der Vorrichtung hinweg fortlaufend korrekt funktionieren.
Die nun zu erläuternde 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Speichers 100. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Speicher 100 als Flash-Speicher in Form einer komplementären Metalloxid-Halbleiter- (CMOS-) IC-Schaltung zum Speichern digitaler Daten konfiguriert. Der Speicher 100 kann jedoch in jeder anderen geeigneten Form ausgebildet sein, und die hier beschriebenen Prinzipien können tatsächlich an jeder anderen geeigneten Schaltung angewandt werden, bei der ein Beschränken oder Klemmen des Spannungswerts an einem bestimmten Knotenpunkt zwecks Variation oder Verbesserung des Betriebs der Schaltung erforderlich ist. Der Speicher 100 enthält ein Kern-Zellen-Array 102, einen Reihen- oder X-Adress-Dekodierer 104, einen Spalten oder Y-Adress-Dekodierer 106, eine Adresseingabe-Schaltung 108, eine Erhöhungs-Schaltungsvorrichtung 111, eine Detektionsverstärkungsschaltung 114 und eine Datenausgangs-Schaltung 116. Die Erhöhungs-Schaltungsvorrichtung 111 enthält ferner eine Erhöhungsschaltung 110 und eine Spannungspegel-Klemmschaltung 112 (Klemmschaltung).
In 2 ist die Klemmschaltung 112 außerhalb der Erhöhungsschaltung 110 gezeigt. Die Klemmschaltung 112 ist nicht auf diese Anordnung beschränkt. Bei anderen Ausführungsformen ist die Klemmschaltung 112 innerhalb der Erhöhungsschaltung 110 angeordnet. Ferner ist in 2 die Klemmschaltung 112 innerhalb der Erhöhungsschaltung 110 gezeigt. Die Klemmschaltung 112 ist nicht auf diese Anordnung beschränkt. Bei anderen Ausführungsformen ist die Klemmschaltung 112 außerhalb der Erhöhungsschaltung 110 angeordnet, und kann mit einer oder mehreren (in 2 nicht gezeigten) zusätzlichen Erhöhungsschaltungen verbunden sein.
Das Kern-Zell-Array 102 weist mehrere Kern-Zellen auf, von denen jede zum Speichern von Daten konfiguriert ist. Bei einigen Anwendungsfällen kann jede Kern-Zelle ein einzelnes Daten-Bit speichern; bei anderen Anwendungsfällen kann jede Kern-Zelle zwei oder mehr Daten-Bits speichern. Auf jede Kern-Zelle des Kern-Zell-Arrays kann zugegriffen werden, indem eine entsprechende Zell-Adresse an der Adresseingangs-Schaltung 108 zugeführt wird. Jede Kern-Zelle hat eine einzigartige Adresse, die von dem X-Adress-Dekodierer 104 und dem Y-Adress-Dekodierer 106 dekodiert wird.
Generell reagiert der X-Adress-Dekodierer auf ein von der Adresseingangs-Schaltung 108 zugeführtes Adress-Eingangssignal durch Aktivieren einer Wortleitung unter mehreren Wortleitungen, die in 2 mit WL0 bis WLn bezeichnet sind. Jeder Wortleitung ist eine Reihe des Zell-Kern-Arrays 102 zugeordnet. Auf die Aktivierung der Wortleitung hin werden die mit dieser Wortleitung verbundenen Zellen eingeschaltet und beginnen Strom abzuziehen. Zum adäquaten Einschalten der Kern-Zellen muss die Wortleitung durch eine substantielle Spannungsdifferenz wie z.B. 3,0 bis 4,0 V variiert werden.
Der Y-Adress-Dekodierer 106 verbindet die entsprechende Spalte des Kern-Zell-Arrays 102 mit der Detektionsverstärkungsschaltung 114. Der Y-Adress-Dekodierer 106 reagiert auf eine Adresse aus de Adresseingangs-Schaltung 108 durch Dekodieren der gewählten Spalte aus mehreren Spalten des Kern-Zell-Arrays 102. Die Detektionsverstärkungsschaltung 114 detektiert den Strom in der gewählten Kern-Zelle des Kern-Zell-Arrays 102 und bestimmt den binären Zustand eines oder mehrerer Daten-Bits, die in der gewählten Kern-Zelle gespeichert sind. Die Datenausgangs-Schaltung 116 übermittelt die Kern-Zellen-Daten, die von der Detektionsverstärkungsschaltung 114 an dem Ausgang des Speichers 100 detektiert worden sind, zur Verwendung extern von dem Speicher 100. Weitere Schaltungsanordnungen, die in 2 nicht gezeigt sind, dienen zum Programmieren, Lesen, Verifizieren, Löschen und Durchführen weiterer Operationen, wie es an den einzelnen Kern-Zellen des Kern-Zell-Arrays 102 erforderlich ist.
Der Speicher 100 arbeitet in Reaktion auf die in 2 mit Vcc gekennzeichnete Versorgungsspannung. Die Potentialdifferenz zwischen Vcc und der Masse ist die Versorgungsspannung und kann im Bereich von 0,8 bis 3,3 Volt liegen. Die Eignung der Versorgungsspannung Vcc hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Technologie, mit welcher der Speicher 100 hergestellt ist. Generell beträgt bei fortgeschrittenen CMOS-Vorgängen die Versorgungsspannung nominell 0,9 Volt. Absolut ausgedrückt ist die Spannung kleiner als oder vergleichbar zu der Größe der "Einschalt"- oder Schwellspannung Vtp bei p-Kanal-Transistoren von –0,9 Volt und der Einschalt- oder Schwellspannung Vtn bei n-Kanal-Transistoren von +1,0 Volt.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 kann der Speicher 10 mit niedrigen Versorgungsspannungen wie z.B. 0,8 Volt betrieben werden. Bei derart niedrigen Versorgungsspannungspegeln arbeiten manche Schaltungen nicht gut oder überhaupt nicht. Insbesondere erfordert das Kern-Zell-Array 102 eine beträchtliche Variation der Wortleitungs-Spannung, damit auf jede Kern-Zelle korrekt zugegriffen werden kann.
Um die Wortleitungs-Spannungen adäquat variieren zu können, enthält der Speicher 100 eine Erhöhungs-Schaltungsvorrichtung 111 mit einer Erhöhungsschaltung 110 und einer Klemmschaltung 112. Die Erhöhungsschaltung 110 erzeugt eine erhöhte Spannung an einem spannungserhöhten Knotenpunkt 120, der mit dem X-Adress-Dekodierer 104 verbunden ist. In 2 ist der spannungserhöhte Knotenpunkt 120 mit VPXG gekennzeichnet. Der X-Adress-Dekodierer 104 reagiert auf die erhöhte Spannung, indem der die Wortleitungs-Spannung einer aktivierten Wortleitung bei Aktivierung auf eine erhöhte Spannung verstärkt, die zum Zugreifen auf eine Kern-Zelle des Kern-Zell-Arrays 102 geeignet ist. Beispielsweise kann die Erhöhungsschaltung 110 die Spannung des spannungserhöhten Knotenpunkts 120 um ungefähr 3,0 bis 4,0 Volt erhöhen.
Die Klemmschaltung 112 empfängt aus der Adresseingangs-Schaltung 108 ein Adressübergangsdetektions- (ATD-) Signal an dem Knotenpunkt 122 auch als ATD bezeichnet). Als Reaktion auf eine Variation einer oder mehrerer an den Speicher 100 ausgegebener Adress-Eingangssignale geht das Adressübergangsdetektions-Signal für eine bestimmte Dauer auf einen aktiven Pegel über (üblicherweise auf einen logischen "high" oder logischen "1"-Wert).
Die Klemmschaltung 112 reagiert auf das ATD-Signal, um zu verhindern, dass die erhöhte Spannung VPXG an dem spannungserhöhten Knotenpunkt 120 zu groß wird. Somit steuert die Klemmschaltung 112 das Beschränken oder Klemmen des Werts der erhöhten Spannung.
3 ist ein Schaltbild der Klemmschaltung 112 gemäß 2. Die Klemmschaltung 112 enthält einen Transistor Q1 210, einen Transistor Q2 220, einen Transistor Q3 230, einen Transistor Q4 240 mit einer einzigartigen gewählten Klemmspannung Vclamp, einen Transistor Q5 250, ein Gate 265, das ein Paar von Transistoren Q6 260 und Q7 270 aufweist, und einen Widerstand R 280.
Die Transistoren 210, 220, 230, 240, 250, 260 und 270 weisen Vorrichtungsgrößen auf, die durch die vorgesehenen Variablen W und L in dem Schaltbild gemäß 3 angegeben sind. Beispiele für Vorrichtungsgrößen für ein derzeit bevorzugtes und zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Klemmschaltung 112 gemäß 3 sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Es versteht sich, dass die in der Tabelle 1 im Zusammenhang mit 3 angegebenen Schwellspannungen und die Vorrichtungsgrößen nur Beispiele sind. Es können auch andere Größen, Schaltungskonfigurationen oder anwendbare Techniken, die dem Fachmann geläufig sind, verwendet oder dort ersatzweise eingesetzt werden, wo es zweckmäßig ist.
Das ATD-Signal wird dem Knotenpunkt 205 zugeführt. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Knotenpunkt 205 gemäß 3 der gleiche Knotenpunkt wie der Knotenpunkt 122 gemäß 2. Es versteht sich jedoch, dass der Knotenpunkt 205 und der Knotenpunkt 122 nicht die glei chen zu sein brauchen und Schaltungsanordnungen, Vorrichtungen und/oder Logikelemente zwischen dem Knotenpunkt 205 und dem Knotenpunkt 122 implementiert sein können. Ein Komplement des ATD-Signals, ATD, wird an den Knotenpunkt 275 angelegt.
Die zum Erzeugen des Komplements des ASTD-Signals, ATD, erforderliche Schaltung ist in 3 nicht gezeigt. Diese Schaltung kann jedoch vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet leicht implementiert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das ATD-Signal einen Impuls vorbestimmter Dauer auf, der nach einem Übergang eines der an der Speichervorrichtung 100 empfangenen Adress-Signale erzeugt wird.
Ferner sollte ersichtlich sein, dass das Komplement des ATD-Signals, ATD, auf jede beliebige Art, die dem Fachmann bekannt ist, erzeugt werden kann. Beispielsweise kann eine (in 3 nicht gezeigte) Latch- oder Flip-flop-Anordnung oder ähnliche funktionale Logik-Schaltung implementiert werden, um unter verschiedenen Bedingungen ein bestimmtes Ausgangssignal und sein Komplement zu erzeugen. Eine weniger komplexe Lösung besteht darin, eine invertierte und eine nichtinvertierte Version eines Signals unter Verwendung eines Inverters zu erzeugen, wie z.B. eines CMOS(eines Komplementär-MOS-) Inverters, wie Fachleuten bekannt ist.
Der Transistor Q1 210 ist an einem Gate mit dem Knotenpunkt 205 zum Empfangen des ATD-Signals verbunden, an einer Source mit der Versorgungsspannung Vcc und an einem Drain mit dem Knotenpunkt 255 verbunden. Der Transistor Q1 210 hat eine Breite W₁ und eine Länge L₁, wie 3 zeigt. Der Transistor Q1 210 ist ein p-Kanal-Transistor und ist insbesondere ein Transistor mit niedriger Schwellspannung, wie in 3 mit der durch sein Symbol gezogenen diagonalen Linie angedeutet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der Transistor Q1 210 eine Nenn-Schwellspannung von ungefähr –0,5 Volt. Diese Schwellspannung ist beträchtlich kleiner als die Schwellspannungen herkömmlicher p-Kanal-Transistoren, die typischerweise –1,2 Volt beträgt.
Der Transistor Q2 220 ist an einem Gate mit dem Knotenpunkt 205 zum Empfangen des ATD-Signals verbunden, an einer Source mit dem Masse-Potential verbunden und an einem Drain mit dem Knotenpunkt 255 verbunden. Der Transistor Q2 220 hat eine Breite W₂ und eine Länge L₂, wie 3 zeigt. Der Transistor Q2 220 ist ein herkömmlicher n-Kanal-Transistor. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der Transistor Q2 220 eine Schwellspannung von ungefähr 1,0 Volt.
Das ATD-Signal an dem Knotenpunkt 205 steuert die Gates der Transistoren Q1 210 und Q2 220. Der Niedrigspannungs-p-Kanal-Transistor Q1 210 arbeitet als ein spannungsgesteuerter Schalter zwischen der Versorgungsspannung Vcc und dem Knotenpunkt 255. Wenn er sich im leitenden Zustand befindet (d.h. wenn der Schalter geschlossen ist), arbeitet Q1 210 dahingehend, dass er den Knotenpunkt 255 auf Vcc "hochzieht". Der n-Kanal-Transistor Q2 220 arbeitet als ein spannungsgesteuerter Schalter zwischen dem Masse-Potential und dem Knotenpunkt 255. Wenn er sich im leitenden Zustand befindet, arbeitet Q2 220 dahingehend, dass er den Knotenpunkt 255 zum Masse-Potential hin "herunterzieht".
Das Komplement des ATD-Signals, ATD, wird an den Knotenpunkt 275 angelegt. Der Transistor Q5 250 ist an einem Gate mit dem Knotenpunkt 275 zum Empfangen des ATD-Signals verbunden, an einer Source mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden und an einem Drain mit dem Transistor Q4 240 am Knotenpunkt 225 verbunden. Der Transistor Q5 250 hat eine Breite W₅ und eine Länge L₅, wie 3 zeigt. Der Transistor Q5 250 ist ein p-Kanal-Transistor und ist insbesondere ein Transistor mit niedriger Schwellspannung, wie in 3 mit der durch sein Symbol gezogenen diagonalen Linie angedeutet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der Transistor Q5 250 eine Nenn-Schwellspannung von ungefähr –0,5 Volt. Diese Schwellspannung ist beträchtlich kleiner als die Schwellspannungen herkömmlicher p-Kanal-Transistoren, die typischerweise –1,2 Volt beträgt.
Das ATD-Signal an dem Knotenpunkt 275 steuert das Gate des Transistors Q5 250. Der Niedrig-Schwellwert-p-Kanal-Transistor Q5 250 arbeitet als spannungsgesteuerter Schalter zwischen der Versorgungsspannung Vc und dem Knotenpunkt 225. Im leitenden Zustand (d.h. wenn der Schalter geschlossen ist), arbeitet Q5 250 dahingehend, dass er den Knotenpunkt 225 auf Vcc "hochzieht".
Der Transistor Q4 240 hat eine Source, die mit dem Transistor Q5 250 an dem Knotenpunkt 275 verbunden ist, ein Gate, das mit dem Knotenpunkt 235 zum Empfangen eines Spannungssignals V_CL verbunden ist, ein Drain, das mit einem Knotenpunkt 245 verbunden ist, und ein Substrat (oder eine Masse) und einen n-Graben, der mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden ist. Der Transistor Q4 240 hat eine Breite W₄ und eine Länge L₄, wie 3 zeigt. Der Transistor Q4 240 ist ein p-Kanal-Transistor und ist insbesondere ein Transistor mit niedriger Schwellspannung, wie in 3 mit der durch sein Symbol gezogenen diagonalen Linie angedeutet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der Transistor Q4 240 eine Nenn-Schwellspannung von ungefähr –0,8 Volt. Diese Schwellspannung ist beträchtlich kleiner als die Schwellspannungen herkömmlicher p-Kanal-Transistoren, die typischerweise –1,2 Volt beträgt.
Fachleuten auf dem Gebiet ist weithin bekannt, dass die Schwellspannungen von Transistoren wie z.B. MOSFETs während der Herstellung gesteuert werden. Der Vorrichtungsherstellungsvorgang erlaubt eine gewisse Flexibilität beim Wählen der Schwellspannung. Normale Werte haben jedoch Vorrang und werden für MOSETs in bestimmten Vorgängen allgemeinhin verwendet. Im Fall des Q4 240 ist die Schwellspannung Vtp4 die Klemmspannung Vclamp für die Klemmschaltung 112, die Erhöhungsschaltungsvorrichtung 110 und die Erhöhungsschaltung 111. Vorzugsweise bestimmt die Klemmspannung Vclamp die Spannung, bei der während des Spannungs-Erhöhens der Klemmeffekt aufzutreten beginnt. Der Wert der Klemmspannung Vclamp wird bei der Herstellung speziell dahingehend vorgeschrieben, dass er einem für die Klemmspannung Vclamp gewünschten Wert anpasst ist. In diesem Sinn sind die Klemmspannung Vclamp und die äquivalente Schwellspannung Vtp4 relativ zu den anderen Transistoren in der Klemmschaltung 112 einzigartig. Im strikten Sinn ist Vclamp definiert als äquivalent zu dem Absolutwert der Schwellspannung Vtp4 des Transistors Q4 240 oder Vclamp = |Vtp4|.
Es sollte ersichtlich sein, dass abgesehen von dem "speziellen" Wert der Schwellspannung Vtp4 der zum Herstellen des Transistors Q4 240 verwendete Herstellungsvorgang und der Transistor Q4 240 selbst nicht einzigartig sind. Ferner versteht sich, dass sämtliche hier beschriebenen Schwellspannungen mit der Temperatur und anderen Bedingungen und mit den Prozessschwankungen variieren. Bei den hier beschriebenen Werten handelt es sich nur um Nennwerte.
Der Transistor Q4 240 ist generell leitend, falls die Gate-zu-Source-Spannung von Q4 240 stärker negativ als die Schwellspannung Vtp4 (d.h. die Klemmspannung Vclamp) von Q4 240 ist. Auf diese Weise steuert das Spannungssignal V_CL an dem Knotenpunkt 235 teilweise das Gate des Transistors Q4 240. Falls sich beispielsweise der Transistor Q5 250 im Einschalt- oder leitenden Zustand befindet, dann liegt der Knotenpunkt 225 ungefähr auf Vcc. Falls Vcc absolut ausgedrückt niedriger ist als der Schwellspannung Vtp4 (d.h. die Klemmspannung Vclamp), von Q4 240, z.B. falls Vcc gleich 0,7 V und Vtp4 = Vclamp = –0,8 V, dann befindet sich für beide Extreme von V_CL (d.h. Vcc < V_CL < 0 V) der Transistor Q4 240 im ausgeschalteten Zustand:
V_GS = V_CL – Vcc < Vtp4 = Vclamp zum Einschalten von Q4 240
V_GS (V_CL-0V) = 0-0,7 V = 0,7 V > –0,8 V ... Q4 240 ausgeschaltet
V_GS (V_CL=Vcc) = 0,7 V = 0 V > 0,8 V ... Q4 240 ausgeschaltet
Falls Vcc absolut ausgedrückt größer ist als die Schwellspannung Vtp4 (Klemmspannung Vclamp) von Q4 240, dann ist Q4 240 eingeschaltet oder leitend, wenn V_CL im wesentlichen kleiner ist als Vcc plus Vtp4. Allgemein ausgedrückt ist, falls Q4 240 leiten kann (d.h. falls Vcc > |Vtp4|), Q4 240 leitend, falls V_CL sich im wesentlichen auf dem Masse-Potential befindet (oder "low" ist).
Der Widerstand 280 ist zwischen den Knotenpunkt 245 und das Masse-Potential geschaltet und ist mit dem Gate von Q3 230 sowie mit dem Drain von Q4 240 an dem Knotenpunkt 245 verbunden. Entsprechend einer zweckmäßigen Ausführungsform hat der Widerstand 280 einen Widerstandswert R von ungefähr 9 kΩ. Es sollte ersichtlich sein, dass der Widerstand 280 nicht auf diesen als Beispiel gegebenen Wert beschränkt ist und dass auch andere Werte verwendet werden können. Der Widerstand 280 kann auf jede geeignete Weise ausgebildet werden, etwa durch Dotieren von Silizium oder Polysilizium oder entsprechendes Vorspannen eines Transistors oder einer anderen aktiven Vorrichtung. Der Widerstand 280 dient bei der Klemmschaltung 112 gemäß 3 dem Zweck, den Knotenpunkt 245 oder das Gate des Transistors Q3 230 zum Masse-Potential herunterzuziehen, wenn der Transistor Q4 240 nicht eingeschaltet ist oder nicht leitend ist.
Der Transistor Q3 230 ist an einer Source mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden, an einem Gate mit dem Transistor Q4 240 und dem Widerstand 280 am Knotenpunkt 245 verbunden und an einem Drain mit dem Knotenpunkt 255 einschließlich der Gates der Transistoren Q6 260 und Q7 270 verbunden. Der Transistor Q3 230 hat eine Breite W₃ und eine Länge L₃, wie 3 zeigt. Der Transistor Q3 230 ist ein p-Kanal-Transistor und ist insbesondere ein Transistor mit niedriger Schwellspannung, wie in 3 mit der durch sein Symbol gezogenen diagonalen Linie angedeutet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der Transistor Q3 230 eine Nenn-Schwellspannung von ungefähr –0,5 Volt. Diese Schwellspannung ist beträchtlich kleiner als die Schwellspannungen herkömmlicher p-Kanal-Transistoren, die typischerweise –1,2 Volt beträgt.
Der Transistor Q4 240 und der Widerstand 280 an dem Knotenpunkt 245 steuern das Gate des Transistors Q3 230. Der Niedrig-Schwellwert-p-Kanal-Transistor Q3 230 arbeitet als spannungsgesteuerter Schalter zwischen der Versorgungsspannung Vc und dem Knotenpunkt 230. Im leitenden Zustand (d.h. wenn der Schalter geschlossen ist), arbeitet Q3 230 dahingehend, dass er den Knotenpunkt 255 auf Vcc "hochzieht".
Der Transistor Q6 260 hat eine Source, die mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden ist, ein Gate, das mit dem Knotenpunkt 255 (und den Drains von Q1 210, Q2 220 und Q3 230) verbunden ist und mit dem Gate von Q7 270 verknüpft ist, und ein Drain, das mit dem Drain von Q7 270 an dem Knotenpunkt 235 verknüft ist, um das Spannungssignal V_CL zu erzeugen. Der Transistor Q6 260 hat eine Breite W₆ und eine Länge L₆, wie 3 zeigt. Der Transistor Q6 260 ist ein p-Kanal-Transistor und ist insbesondere ein Transistor mit niedriger Schwellspannung, wie in 3 mit der durch sein Symbol gezogenen diagonalen Linie angedeutet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der Transistor Q6 260 eine Nenn-Schwellspannung von ungefähr –0,5 Volt. Diese Schwellspannung ist beträchtlich kleiner als die Schwellspannungen herkömmlicher p-Kanal-Transistoren, die typischerweise –1,2 Volt beträgt.
In ähnlicher Weise wie der Transistor Q6 260 ist der Transistor Q7 270 an einer Source mit dem Masse-Potential verbunden, an einem Gate mit dem Knotenpunkt 255 (und den Drains von Q1 210, Q2 220 und Q3 230) und mit dem Gate von Q6 260 verknüpft, und an einem Drain mit dem Drain von Q6 260 an dem Knotenpunkt 235 verknüpft, um das Spannungssignal V_CL zu erzeugen. Der Transistor Q7 270 hat eine Breite W₇ und eine Länge L₇, wie 3 zeigt. Der Transistor Q7 270 ist ein herkömmlicher p-Kanal-Transistor. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat der Transistor Q7 270 eine Nenn-Schwellspannung von ungefähr 1,0 Volt.
Die Drains der Transistoren Q1 210, Q2 220 und Q3 230 am Schaltungspunkt 255 steuern die Gates der Transistoren Q6 260 und Q7 270. Generell wird, wenn der Knotenpunkt 255 nach oben (unten) "gezogen" wird oder zu einem logischen High-Wert (einem logischen Low-Wert) tendiert, dann der Knotenpunkt 235 nach unten (oben) gezogen, oder er tendiert zu einem logischen Low-Wert (einem logischen High-Wert). In dieser Weise bilden die Transistoren Q6 260 und Q7 270 zusammen das Gate, das ähnlich wie eine Invertierer-Stufe arbeitet.
Allgemeiner Betrieb der Klemmschaltung 112
Es sollte ersichtlich sein, dass, obwohl die Klemmschaltung 112 gemäß 3 eine Analog-Schaltung ist, die Arbeitsweise der Schaltung anhand digitaler Terminologie beschrieben werden kann. Ein Knotenpunkt beispielsweise, der sich auf "low" befindet oder "auf low geht" oder "auf low gezogen wird" oder "auf low schwingt" nähert sich dem Masse-Potential, oder zumindest nimmt seine Spannung ab, wenn sie relativ zum Masse-Potential gemessen wird. In ähnlicher Weise nähert sich ein Knotenpunkt, der sich auf "high" befindet oder "auf high geht" oder "auf high gezogen wird" oder "auf high schwingt", der Versorgungsspannung Vcc, oder zumindest nimmt seine Spannung zu, wenn sie relativ zum Masse-Potential gemessen wird.
Fall 1
Wenn ATD sich auf low befindet, ist VCL auf low
Wenn das ATD-Signal auf low geht, dann geht der Knotenpunkt 205 auf low, der Transistor Q2 210 wird ausgeschaltet oder leitet nicht, und der Transistor Q1 210 wird eingeschaltet und leitet stark, so dass der Knotenpunkt auf Vcc hochgezogen wird. Andererseits geht, während das ATD-Signal auf low geht, das ATD-Signal auf high, und der Knotenpunkt 275 geht auf high. In diesem Fall wird der Transistor Q5 250 (und somit der Transistor Q4 240) ausgeschaltet und ist nicht leitend. Folglich zieht der Widerstand 280 den Knotenpunkt 245 zum Masse-Potential, so dass der Transis tor Q3 eingeschaltet wird und stark leitet, wobei der Knotenpunkt 255 gehalten wird, während er auf Vcc in den high-Zustand geht.
Der Knotenpunkt 255 geht an den Gates der Transistoren Q6 260 und Q7 270 in den high-Zustand über. Folglich wird der Transistor Q6 260 ausgeschaltet und leitet nicht, und der Transistor Q7 270 wird eingeschaltet und leitet, so dass die Spannung V_CL an dem Knotenpunkt 235 auf low zum Masse-Potential gezogen wird. In diesem Fall, d.h. wenn ATD low ist, beeinträchtigt V_CL die Erhöhungsschaltung 110 oder das effektive Erhöhungsverhältnis der Erhöhungsschaltung 110 nicht.
Fall II
Wenn Vcc < |Vtp4| = Vclamp
Wie bereits detailliert erläutert, wird, wenn die Versorgungsspannung Vcc absolut ausgedrückt niedriger ist als die Schwellspannung Vtp4 (die Klemmspannung Vclamp) des Transistors Q4 240, dann der Transistor Q4 240 nie eingeschaltet, unabhängig von dem Wert der Spannung V_CL an dem Knotenpunkt 235.
Da jedoch der Transistor Q4 240 stets ausgeschaltet ist, befindet sich die Spannung V_CL stets auf low oder auf dem Masse-Potential. Dies ergibt sich aus der Betrachtung des Ausführungsbeispiels gemäß 3.
Der Transistor Q4 240 befindet sich stets im ausgeschalteten Zustand, und der Widerstand 280 zieht den Knotenpunkt 245 auf das Masse-Potential, so dass sich der Transistor Q3 230 im eingeschalteten Zustand befindet und stark leitet, wodurch der Knotenpunkt 255 auf Vcc gebracht wird.
Bei auf Vcc befindlichem Knotenpunkt 255 befindet sich der Transistor Q6 260 im ausgeschalteten Zustand, und der Transistor Q7 270 leitet, so dass die Spannung V_CL an dem Knotenpunkt 235 auf Masse-Potential liegt. In diesem Fall, d.h. wenn die Versorgungsspannung Vcc absolut ausgedrückt kleiner ist als die Schwellspannung Vtp4 (die Klemmspannung Vclamp) des Transistors Q4 240, beeinträchtigt V_CL die Erhöhungsschaltung 110 oder das effektive Erhöhungsverhältnis der Erhöhungsschaltung 110 nicht.
Fall III
Wenn ATD auf high liegt; wenn Vcc > |Vtp4| = Vclamp
Wenn das ATD-Signal auf high geht, dann geht der Knotenpunkt 205 auf high, der Transistor Q1 210 wird ausgeschaltet oder leitet nicht, und der Transistor Q2 220 wird eingeschaltet und leitet stark, so dass der Knotenpunkt 255 auf Masse-Potential heruntergezogen wird. Andererseits geht, während das ATD-Signal auf high geht, das ATD-Signal auf low, und der Knotenpunkt 275 geht auf low. In diesem Fall wird der Transistor Q5 250 eingeschaltet, da ATD Vcc (d.h. die Gate-zu-Source-Spannung von Q5 250) stärker negativ ist als die Schwellspannung Vtp5, die gemäß einem Ausführungsbeispiel ungefähr –0,5 Volt beträgt. Der Knotenpunkt 225 wird auf Vcc hochgezogen, während der Transistor Q5 250 leitet.
Bevor Vcc größer ist als |Vtp4| = Vclamp, befindet sich der Transistor Q4 240 im ausgeschalteten Zustand wie im Fall II (außer dass hier ATD high ist), der Knotenpunkt 245 ist low, und der Transistor Q3 230 befindet sich im eingeschalteten Zustand, wobei er stark leitet, so dass der Knotenpunkt 255 ein Hochziehen auf Vcc erfährt. Dies steht im Gegensatz zum Herunterziehen auf das Masse-Potential am Knotenpunkt 225 aufgrund des bei auf high liegendem ATD leitenden Transistors Q2 220.
Wenn Vcc größer wird als |Vtp4| = Vclamp, unter der Annahme, dass die Spannung V_CL am Knotenpunkt 235 wie in den Fällen I und II auf dem Masse-Potential liegt, dann wird der Transistor Q4 240 eingeschaltet, da V_CL-VCC (d.h, die Gate-zu-Source-Spannung Q4 240) stärker negativ ist als die Schwellspannung Vtp4, die gemäß einem Ausführungsbeispiel ungefähr –0,8 Volt beträgt. Der Knotenpunkt 245 wird höher gezogen, während der Transistor Q4 240 zusammen mit Q5 250 leitet und die Spannung an dem Wi derstand 280 auf Vcc zunimmt. Wenn der Knotenpunkt 245 in einen höheren Zustand übergeht, leitet der Transistor Q3 230 schwächer.
Wenn der Transistor Q3 230 schwächer leitet, wird der Knotenpunkt 255 durch den Transistor Q2 220 näher zur Masse heruntergezogen. Wenn der Knotenpunkt 255 weiter nach unten gezogen wird, tendiert die Spannung VCL bei 265 dazu, höher zu werden, wobei sie sich vom Masse-Potential Vcc weg bewegt. Dies wiederum bewirkt, dass der Transistor Q4 240 entweder schwächer leitet oder vollständig ausgeschaltet wird, was impliziert, dass der Knotenpunkt 245 tiefer gezogen wird. Wenn der Knotenpunkt 245 tiefer gezogen wird, leitet der Transistor Q3 230 stärker.
Wenn der Transistor Q3 230 stärker leitet, wird der Knotenpunkt 255 von dem Transistor Q3 230 näher zu Vcc gezogen. Wenn der Knotenpunkt 255 höher gezogen wird, tendiert die Spannung V_CL dazu, zum Masse-Potential hin abzusinken. Dies wiederum bewirkt, dass der Transistor Q4 240 entweder eingeschaltet wird oder, falls er schon eingeschaltet ist, stärker leitet, was impliziert, dass der Knotenpunkt 245 höher gezogen wird. Wenn der Knotenpunkt 245 höhergezogen wird, leitet der Transistor Q3 230 schwächer.
Die Klemmschaltung 112 gemäß 3 gelangt in einen ausgewogenen Zustand und erzielt einen relativ stabilen Ausgleichspunkt für die Spannung V_CL an dem Knotenpunkt 235. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist unter der Annahme, dass der Transistor Q4 240 im Vergleich mit dem Widerstand 280 stark ist, die Differenz zwischen Vcc und V_CL ungefähr gleich der Klemmspannung Vclamp, die ihrerseits definiert ist als der Absolutwert der Schwellspannung Vtp4 von Q4 240: Vcc – VCL Vclamp = |Vtp4| VCL ≅ Vcc – Vclamp = VCC – |Vtp4|
Beispiele von Werten bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform, mit der diese Werte erzielt werden, sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
Generelle Formulierung
Zum Erzielen des Ergebnisses für den Fall III erzeugt die Klemmschaltung 112 gemäß 3 eine kleinere Spannungsveränderung, die von der Erhöhungsschaltung 110 gemäß 2 bewirkt wird.
Es sollte ersichtlich sein, dass bei den bevorzugten Ausführungsformen eine Klemmschaltung wie die Klemmschaltung 112 als Ausgleichsschaltung arbeitet. Die Klemmschaltung führt eine Klemmfunktion für eine Erhöhungsschaltung wie z.B. die Erhöhungsschaltung 110 durch. Insbesondere erzeugt die Ausgleichsschaltung eine Spannung wie z.B. V_CL zur Zufuhr an die Erhöhungsschaltung, um die für das Erhöhen verfügbare Spannung, d.h. die verfügbare Spannungsveränderung für das Erhöhen, zu reduzieren oder zu verringern. Vorzugsweise wird eine Spannung wie V_CL zu jeder Zeit an die Erhöhungsschaltung ausgegeben, obwohl diese Spannung näherungsweise auf dem Masse-Potential liegt oder insbesondere auf näherungsweise null Volt liegt, wenn die Versorgungsspannung (bei den hier beschriebenen Ausführungsformen als Vcc bezeichnet) kleiner als ein bestimmter Wert ist, wie z.B. eine Klemmspannung entsprechend Vclamp ist. Wenn die Versorgungsspannung (wie z.B. Vcc) größer als der bestimmte Wert ist (d.h. wie z.B. Vclamp), ist die Spannung wie z.B. V_CL, die an die Erhöhungsschaltung angelegt wird, ungefähr oder im wesentlichen größer als Null und reduziert die zum Erhöhen verfügbare Spannung, so dass der Wert der Erhöhungsspannung begrenzt oder festgeklemmt wird.
4 und 5 zeigen Blockschaltbilder zur Veranschaulichung einer generalisierten und vereinfachten Ausführungsform der Spannungserhöhungsschaltung 110 mit einem Spannungsklemmeingang. Die Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 hat ein effektives Erhöhungs-Verhältnis von B. Ge mäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 um eine Mehrstufen-Spannungserhöhungsschaltung mit N Stufen. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Stufen N mehr als eins und weniger als fünf.
Gemäß 4 werden eine Versorgungsspannung Vcc sowie eine Spannung V_CL an der Eingangsseite der vereinfachten Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 angelegt. Die von der vereinfachten Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 zu erhöhende Spannung beträgt Vcc – V_CL, was eine reduzierte Spannung ist im Vergleich mit der vereinfachten Erhöhungsschaltung 50 gemäß 1 (d.h. Vcc – 0, oder Vcc).
Zur Erläuterung lässt sich vergegenwärtigen, dass anstelle einer Spannungsänderung vom Masse-Potential (0 V) auf Vcc, die bei der Spannungserhöhungsschaltung 50 gemäß 1 stets ein effektives Erhöhungs-Verhältnis wie folgt ergibt: VPXG = Vcc·Bwas zur Veranschaulichung des Spannungswechsels geschrieben werden kann als: VPXG = ((Vcc-0)•B)+0;die Klemmschaltung 112 eine kleinere Spannungsveränderung von Vcc – V_CL an die vereinfachten Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 gemäß 4 ausgibt.
Die durch die vereinfachte Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 gemäß 4 zu erhöhende Spannung, Vcc – V_CL durchläuft die Erhöhungsschaltung 110 und wird mit dem effektiven Erhöhungsverhältnis B erhöht, wodurch sich eine Spannung B·(Vcc-V_CL) ergibt. Die Spannung V_CL jedoch, die nicht dem effektiven Erhöhungsverhältnis B unterliegt, bildet eine Kom ponente der erhöhten Spannung VPXG, die in vereinfachter Form ausgedrückt werden kann als: VPXG = (Vc-VCL)·(B)+VCL
Obwohl dieses Verhältnis bei der vereinfachten Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 generell zutrifft, ist es bedeutender, wenn V_CL größer als null Volt ist, was dann auftritt, wenn: Vcc > Vclamp = |Vtp4|d.h. Q4 240 gemäß 3 ist eingeschaltet (und ATD ist high), und in diesem Fall kann die erhöhte Spannung geschrieben werden als: VPXG = Vclamp·(B)+Vcc-Vclampda VCL ≅ Vcc – Vclamp.
Der Fall, in dem V_CL ungefähr gleich null Volt oder dem Masse-Potential ist, ist in 5 gezeigt. Der Ausdruck für die erhöhte Spannung VPXG reduziert sich auf den Fall ohne Spannungs-Klemmen: VPXG = (Vcc-0 V)·(B)+0 V = (Vcc)·(B).
Dies erfolgt, wenn Vcc < Vclamp = |Vtp4|d.h. Q4 240 gemäß 3 ist ausgeschaltet.
7 ist eine Figur, die das Verhältnis zwischen Vcc und VPXG bei zwei Ausführungsformen der Erhöhungsschaltung 110 und der Klemmenschaltung 112 veranschaulicht, die hier beschrieben sind. Die Darstellung ist nicht maßstabgerecht und soll die Veränderung der Wachstumsrate der erhöhten Spannung VPXG in den Situationen zeigen, in denen Vcc über Vclamp hinaus ansteigt oder unter Vclamp abfällt.
Numerische Beispiele
Die Tabelle II führt eine Reihe numerischer Beispiele auf, und zwar unter Annahme der Beispiele von Werten gemäß Tabelle 1 (insbesondere einer Spannung Vclamp = |Vtp4| von ungefähr –0,8 Volt) und eines effektiven Erhöhungsverhältnisses B von vier bei einer Ausführungsform der Erhöhungsschaltung 110 und der Klemmschaltung 112.
Wie Tabelle I zeigt, ist, falls Vcc gleich 0,7 Volt ist, Q4 240 ausgeschaltet, und Vcc ist niedriger als Vclamp, und die Spannung V_CL beträgt ungefähr 0 V. Die erhöhte Spannung VPXG beträgt: VPXG = (0,7 – 0 V)·(4) + 0 V = 2,8 V.
Falls Vcc gleich 0,9 Volt ist, ist Q4 240 leitend, und Vcc ist größer als Vclamp, und die Spannung V_CL beträgt ungefähr 0,1 V. Die erhöhte Spannung VPXG lautet: VPXG = (0,9-0,1 V)*(4)+0,1 V = 3,3 V.
Falls Vcc gleich 1,1 Volt ist, ist Q4 240 leitend, und Vcc ist größer als Vclamp, und die Spannung V_CL beträgt ungefähr 0,3 V. Die erhöhte Spannung VPXG lautet: VPXG = (1,1-0,3 V)·(4) + 0,3 V = 3,5 V.
Gemäß einem numerischen Beispiel im Zusammenhang mit 6 ist, wenn man eine Versorgungsspannung Vcc = Vcc' gleich 1,3 Volt annimmt, in der Klemmschaltung 112 Q4 240 leitend, und Vcc = Vcc' ist größer als Vclamp, und die Spannung V_CL = V_CL' beträgt ungefähr 0,5 V. Die erhöhte Spannung VPXG lautet: VPXG = (B·Vclamp) + VCL' = (4·0,8 V) + 0,5 V = 3,7 V.
In ähnlicher Weise wäre ohne Klemmschaltung die erhöhte Spannung VPXG VPXG = (B·Vcc') = (4·1,3 V) = 5,2 V.
Es sei angenommen, dass bei dieser Ausführungsform eine erhöhte Spannung VPXG von 3,2 Volt einen mit hinreichender Wortleitungs-Spannung erfolgenden Zugriff auf eine Kernzelle ermöglicht, und ferner dass eine VPXG von mehr als 4,0 eine Wortleitungs-Spannung verursacht, die zu hoch für die Kernzellen-Detektionsschaltung ist. Bei diesem Beispiel ist die nicht geklemmte VPXG (bei 5,2 V) weitaus zu hoch, während die geklemmte Spannung VPXG (bei 3,7 V) innerhalb akzeptabler Grenzen zum Zugriff und zur Ermöglichung einer korrekten Detektion der Kern-Zelle liegt.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die derzeit bevorzugten Ausführungsformen eine Ausgleichs- oder Spannungsklemmschaltung für einen Flash-Speicher bilden. Eine Spannungserhöhungsschaltung für einen Flash-Speicher enthält eine Erhöhungsschaltung, die in der Lage ist, einen Teil einer Energieversorgungsspannung des Flash-Speichers auf eine Wortleitungs-Spannung zu erhöhen, die hinreichend ist für einen Zugriff auf eine Kern-Zelle in einem Kern-Zellen-Array des Speichers. Die Spannungserhöhungsschaltung enthält ferner eine Ausgleichs- oder Klemmschaltung zum Ausgeben einer Nicht-Null-Einstellspannung an die Erhöhungsschaltung, um den Teil der Versorgungsspannung zu reduzieren, der zum Erhöhen mittels der Erhöhungsschaltung verfügbar ist, wenn die Energieversorgungsspannung einen bestimmten Wert überschreitet.

Claims

Spannungserhöhungsschaltung für einen Flash-Speicher, mit: einer Erhöhungsschaltung (110) zum Erhöhen einer Energieversorgungsspannung (Vcc) des Flash-Speichers auf einen Wortleitungs-Spannungspegel (VPXG), der zum Zugriff auf eine Kern-Zelle des Speichers adäquat ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungsschaltung ferner eine Abgleichsschaltung (112) aufweist, die, wenn die Energieversorgungsspannung einen bestimmten Wert übersteigt, eine Nicht-Null-Einstellspannung (VCL) an die Erhöhungsschaltung derart ausgibt, dass nur ein Teil (Vclamp=Vcc-VCL) der Versorgungsspannung zum Erhöhen mittels der Erhöhungsschaltung verfügbar ist.
Spannungserhöhungsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Abgleichsschaltung eine Rückkopplungsschleife aufweist und bei der die Rückkopplungsschleife ferner aufweist: einen ersten Transistor (240) mit einer Schwellspannung, die als Klemmspannung dient; und mit dem ersten Transistor verbundene Pull-up- und Pull-down-Transistoren (250, 230) zum Stabilisieren der Rückkopplungsschleife zwecks Ausgabe der Abgleichsspannung an die Erhöhungsschaltung.
Spannungserhöhungsschaltung nach Anspruch 2, ferner mit: einem oder mehreren Transistoren (210, 220, 260, 270), die als Schalter verwendet werden und die mit der Rückkopplungsschleife derart ver- bunden sind, dass sie den Betrieb der Erhöhungsschaltung während eines Kernspeicher-Zelladress-Übergangs ermöglichen.
Spannungserhöhungsschaltung nach Anspruch 1, bei der die Erhöhungsschaltung mit einem auf erhöhte Spannung gebrachten Knotenpunkt verbunden ist, um eine Wortleitungsspannung zum Zugriff auf eine Kern-Zelle des Speichers zu erhöhen, und bei der die Abgleichsschaltung einen Schwellspannungs-Klemmtransistor (240) zum Klemmen des auf erhöhte Spannung gebrachten Knotenpunkts auf eine gewünschte Spannung aufweist.
Spannungserhöhungsschaltung nach Anspruch 4, bei der die Abgleichsschaltung ferner aufweist: einen Widerstand (280) und eine mit der Erhöhungsschaltung und dem Schwellspannungs-Klemmtransistor verbundene Invertereinrichtung (260, 270), die ein Paar von Transistoren (260, 270) aufweist, und eine mit der Invertereinrichtung verbundene Schalteinrichtung (230), die von dem Widerstand und dem Schwellspannungs-Klemmtransistor gesteuert wird.
Spannungserhöhungsschaltung nach Anspruch 4, bei der die Abgleichsschaltung auf Adressveränderungen des Speichers reagiert, um das Klemmen des auf erhöhte Spannung gebrachten Knotenpunkts zu steuern.
Speicher mit: einem Kern-Zell-Array (102); einem Adress-Dekodierer zum Aktivieren einer oder mehrerer Wortleitungen aus mehreren Wortleitungen, wobei jede Wortleitung der mehreren Wortleitungen mit einer Reihe des Kern-Zell-Arrays verbunden ist; und einer Spannungserhöhungsschaltung nach Anspruch 1 zum Erhöhen eines Teils einer Energieversorgungsspannung des Speichers zwecks Erzeugens einer erhöhten Spannung an einem auf erhöhte Spannung gebrachten Knotenpunkt, der mit dem Adress-Dekodierer verbunden ist, wobei der Adress-Dekodierer auf die erhöhte Spannung reagiert, indem er die Wortleitungs-Spannung einer der Wortleitungen bei Aktivierung auf eine erhöhte Spannung erhöht, die zum Zugreifen auf die Kern-Zelle des Kern-Zell-Arrays geeignet ist.
Verfahren zum Erhöhen einer Energieversorgungsspannung (Vcc) in einem Flash-Speicher, mit den Schritten des Erhöhens der Energieversorgungsspannung auf einen Wortleitungs-Spannungspegel (VPXG), der zum Zugreifen auf eine Kern-Zelle des Speichers geeignet ist, und des Anlegens einer Nicht-Null-Einstellspannung (VCL) an die Erhöhungsschaltung jedes Mal, wenn die Versorgungsspannung einen bestimmten Wert übersteigt, wodurch nur ein Teil der Versorgungsspannung zum Erhöhen mittels der Erhöhungsschaltung verfügbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Abgleichspannung mittels einer Abgleichsschaltung auf einen Übergang einer oder mehrerer Adress-Eingangssignale des Speichers hin erzeugt wird.