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1. GEBIET
DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Resetvorrichtung (oder
ein Resetgerät),
um, z. B., einen Anstieg einer Versorgungsspannung zu erfassen,
um die Ausgabe eines Resetsignals zu starten und dann dasselbe aufzuschalten,
sowie eine Halbleiter-IC-Vorrichtung (oder ein Halbleiter-IC-Bauteil)
und einen Halbleiterspeicher (oder ein Halbleiterspeicher-Bauteil)
mit der Resetvorrichtung.
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2. BESCHREIBUNG DER EINSCHLÄGIGEN TECHNIK
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Zu herkömmlichen Techniken zum Rücksetzen
zur Initialisierung eines Systems gehören, z. B. (i) ein sogenannter
Hardwarereset, bei dem das System von einem speziell zum Rücksetzen
vorhandenen Terminal, asynchron zum Betrieb des Systems, initialisiert
wird, (ii) Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung, wobei ein Resetsignal zur Initialisierung eines
Systems automatisch beim Einschalten der Spannung erzeugt wird,
und (iii) Softwarereset, durch den das System dadurch initialisiert
wird, dass ein Resetsignal dadurch erzeugt wird, dass ein von einer externen
Vorrichtung eingegebener Befehl interpretiert wird. Nun wird das
beim Einschalten der Spannung erfolgende Rücksetzen, wie es bei einer
herkömmlichen
Resetvorrichtung verwendet wird, beschrieben.
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Die Resetvorrichtung verfügt über eine
Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung zum Erkennen einer Versorgungsspannung
durch irgendein Verfahren, um zu ermitteln, ob die Spannung eingeschaltet
ist oder nicht, und eine Resetvorrichtung-Ausgabeschaltung zum Starten
der Ausgabe eines Resetsignals und zum anschließenden Aufschalten desselben
auf Grundlage der Erkennung der Versorgungsspannung.
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Die 4 zeigt
ein einfaches Beispiel einer Schaltungskonfiguration einer derartigen
herkömmlichen
Resetvorrichtung. Gemäß der 4 verfügt eine Resetvorrichtung 100 über eine
Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 101 mit einem Kondensator
C (dielektrischer Kondensator) und einem Widerstand R, die in Reihe
geschaltet sind, und eine Resetvorrichtung-Ausgabeschaltung 104 mit
einem Inverter 102 einer ersten Stufe und einem Inverter 103 einer
zweiten Stufe, die in Reihe geschaltet sind. Die Inverter 102 und 103 verfügen jeweils über einen
p-Kanal-MOS-Transistor (nachfolgend als "p-Kanal-Tr" bezeichnet)
und einen n-Kanal-MOS-Transistor (nachfolgend als "n-Kanal-Tr" bezeichnet).
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Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktion
wird, wenn die Versorgungsspannung ansteigt, der Kondensator C der
Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 101 über den
Widerstand R mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten RC geladen. Die durch
den Ladestrom am Widerstand R erzeugte Spannung wird über einen
Knoten N105 an den Inverter 102 der ersten Stufe mit dem
p-Kanal-Tr und dem n-Kanal-Tr geliefert. Dabei wird der Kondensator
nicht schnell geladen. Der Knoten N105 befindet sich im logisch "niedrigen" Zustand, und das
von der Resetsignal-Ausgabeschaltung 104 ausgegebene Resetsignal
befindet sich ebenfalls in einem aktiven, logisch "niedrigen" Zustand.
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Als Nächstes, wenn das Potenzial
des Knotens N105 ansteigt, wenn der Kondensator immer mehr geladen
wird, und es eine Durchlass-Schwellenspannung überschreitet, die hauptsächlich durch die
Schwellenspannungen und die Treiberfähigkeiten des p-Kanal-Tr und
des n-Kanal-Tr des Inverters 102 der ersten Stufe bestimmt
ist, wird das Ausgangssignal des Inverters 102 der ersten
Stufe in den logisch "niedrigen" Zustand invertiert.
Das logisch "niedrige" Ausgangssignal wird
an den Inverter 103 der zweiten Stufe geliefert und den
logisch "hohen" Zustand invertiert.
So wird das von der Resetsignal-Ausgabeschaltung 104 ausgegebene
Resetsignal aufgeschaltet. Der Wert der Zeitkonstanten RC des Kondensators
C und des Widerstands R (C × R)
wird geeignet so ausgewählt,
dass sich die Versorgungsspannung für eine ausreichend lange Rücksetzzeit
auf einem ausreichend hohen Pegel befindet, wie es für das System
erforderlich ist. Die Rücksetzzeit
ist die Zeitperiode ab dem Start der Ausgabe des Resetsignals bis
zur Aufschaltung des Resetsignals.
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Wenn jedoch der Anstieg der Versorgungsspannung,
wenn die Spannung eingeschaltet wird, ausreichend langsam ist, so
dass der Kondensator C erst am Ende einer Dauer vollständig geladen
ist, die der Zeitkonstanten RC entspricht, existiert die unerwünschte Möglichkeit,
dass das Potenzial des Knotens N105 die Schwellenspannung des Inverters 102 nicht
erreicht, und im Ergebnis wird unter Umständen das Resetsignal von der
Resetsignal-Ausgabeschaltung 104 nicht aufgeschaltet.
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Um einen derartigen Mangel zu vermeiden, wird
eine in der 5 dargestellte
Resetsignalvorrichtung 200 mit einer Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung
speziell für
den Fall, dass die Versorgungsspannung langsam ansteigt und einer anderen
Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung speziell für den Fall,
dass die Versorgungsspannung schnell ansteigt, verwendet. Gemäß der 5 verfügt die Resetvorrichtung 200 über eine
Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201, die dann
arbeitet, wenn die Versorgungsspannung langsam ansteigt, eine Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202,
die dann arbeitet, wenn die Versorgungsspannung schnell ansteigt,
und eine Resetsignal-Ausgabeschaltung 203 zum Starten der
Ausgabe eines Resetsignals und zum Aufschalten desselben entsprechend
Signalen, wie sie von den Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltungen 201 und 202 eingegeben
werden.
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Die Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 verfügt über den
folgenden Aufbau. Widerstände
R1 und R2 sind in Reihe zwischen eine Spannungsversorgung und Masse
geschaltet. Ein Knoten N1, der ein Teilerpunkt (d. h. ein Verbindungspunkt)
zwischen den Widerständen
R1 und R2 ist, ist mit einem der zwei Enden eines Kondensators C1 (dielektrischer
Kondensator) und mit dem Gate eines n-Kanal-Tr M1 verbunden. Das
andere Ende des Kondensators C1 ist mit der Spannungsversorgung verbunden.
Die Source des n-Kanal-Tr M1 ist geerdet, und der Drain desselben
ist über
einen Pullup-Widerstand R3 mit der Spannungsversorgung verbunden.
Ein Knoten N2, der ein Verbindungspunkt zwischen dem n-Kanal-Tr
M1 und dem Pullup-Widerstand R3 ist, ist mit dem Eingangsende eines
Inverters 210 mit einem p-Kanal-Tr M2 und einem n-Kanal-Tr M3 verbunden.
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Die Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 verfügt über den
folgenden Aufbau. Ein p-Kanal-Tr M4, ein Widerstand R4 und ein n-Kanal-Tr
M5 sowie ein anderer n-Kanal-Tr M6, deren Gate jeweils mit einer
Spannungsversorgung verbunden ist, sind in dieser Reihenfolge in
Reihe geschaltet. Ein Knoten N3, der ein Verbindungspunkt zwischen
dem n-Kanal-Tr M5 und dem Widerstand R4 ist, ist mit einem Kondensator
C2 (dielektrischer Kondensator) und dem Eingangsende eines Inverters 220 mit
einem p-Kanal-Tr M7 und einem n-Kanal-Tr M8 verbunden. Am Gate des p-Kanal-Tr
M4 wird als Ergebnis einer Rückkopplung
ein Resetsignal eingegeben.
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Die Resetsignal-Ausgabeschaltung 203 verfügt über eine
Negativ-ODER-Schaltung mit einer NAND-Schaltung NAND1 zum Empfangen
des Ausgangssignals von jeder der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltungen 201 und 202 sowie einen
Inverter 230 zum Empfangen des Ausgangssignal der NAND-Schaltung
NAND1, um zum Starten der Ausgabe eines Resetsignals oder zum Aufschalten
desselben. Der Inverter 230 verfügt einen p-Kanal-Tr M9 und
einen n-Kanal-Tr M10.
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Die n-Kanal-Trs M8 und M10 verfügen jeweils über eine
niedrige Schwellenspannung und sie sind so speziell gekennzeichnet,
wie in der 5.
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Nachfolgend wird ein Betriebsablauf
der Resetvorrichtung 200 beim langsamen Ansteigen der Versorgungsspannung
beschrieben.
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Unmittelbar nach dem Einschalten
der Spannung befindet sich das Potenzial des Knotens N2 als Ergebnis
des Hochziehens über
den Widerstand R3 in einem logisch "hohen" Zustand. Daher befindet sich das Ausgangssignal
des Inverters 210 (d. h. das Ausgangssignal der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201)
in einem logisch "niedrigen" Zustand. Demgemäß befindet
sich das Ausgangssignal der NAND-Schaltung NAND1 unabhängig davon,
ob sich das Eingangssignal der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 in
einem logisch "hohen" Zustand oder einem
logisch "niedrigen" Zustand befindet,
in einem logisch "hohen" Zustand. Daher befindet
sich das vom Inverter 230 ausgegebene Resetsignal (d. h.
das Ausgangssignal der Resetsignal-Ausgabeschaltung 203)
in einem aktiven, logisch "niedrigen" Zustand (d. h. dem
Ausgabezustand eines Resetsignals).
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Wenn die Versorgungsspannung langsam ansteigt,
wird selbst dann, wenn in den Kondensator C1 keine ausreichende
Strommenge fließt,
ein Potenzial unter der Versorgungsspannung, wie in die in Reihe
geschalteten Widerstände
R1 und R2 hinein unterteilt, über
den Knoten N1 am Gate des n-Kanal-Tr M1 eingegeben. Wenn das Potenzial
des Knotens N1 die Schwellenspannung des n-Kanal-Tr M1 überschreitet, wird dieser aktiviert.
Daher wird der Knoten N2 vom unmittelbar nach dem Einschalten der
Spannung erhaltenen logisch "hohen" Zustand in einen
logisch "niedrigen" Zustand überführt. Demgemäß wird das
Ausgangssignal des Inverters 210 logisch in einen logisch "hohen" Zustand invertiert. Dann
wird das logisch "hohe" Ausgangssignal von der
Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 an die NAND-Schaltung
NAND1 geliefert.
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Da in der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 die
Versorgungsspan nung ausreichend langsam ansteigt, um den Kondensator
C2 zu laden, wird der Knoten N3 über
die n-Kanal-Trs M5 und M6, die als Ergebnis dessen, dass die Gates mit
der Spannungsversorgung verbunden sind, in einen logisch "niedrigen" Zustand gebracht.
Da sich der Knoten N3 im logisch "niedrigen" Zustand befindet, befindet sich das
Ausgangssignal der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 als
Ergebnis der Invertierung durch den Inverter 220 in einem
logisch "hohen" Zustand. Daher wird
ein logisch "niedriges" Ausgangssignal von
der NAND-Schaltung NAND1 an den Inverter 230 geliefert.
Infolge dessen wird ein Resetsignal, das das Initialisierung der
Resetsignal-Ausgabeschaltung 203 ist, vom aktiven, logisch "niedrigen" Zustand, wie er
unmittelbar nach dem Einschalten der Spannung erhalten wird, in einen
logisch "hohen" Zustand überführt und
so aufgeschaltet.
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Das Resetsignal von der Resetsignal-Ausgabeschaltung 203 befindet
sich im logisch "hohen" Zustand, wie oben
beschrieben. Das Initialisierung der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 ist
effektiver als dasjenige der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202.
Das Resetsignal von der Resetsignal-Ausgabeschaltung 203 ist
so effektiv wie dasjenige der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 (in
einem logisch hohen Zustand), das ohne Änderung seines logischen Zustands
als Resetsignal ausgegeben und dann aufgeschaltet wird.
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Als Nächstes wird der Betriebsablauf
der Resetvorrichtung 200 beschrieben, wenn die Versorgungsspannung
schnell ansteigt.
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In der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 steigt,
da die Versorgungsspannung schnell ansteigt, das Potenzial des Knotens
N1 über den
Kondensator C1 auf die Versorgungsspannung an. Im Ergebnis wird
der n-Kanal-Tr M1 aktiviert, und so wird der Knoten N2 im Wesentlichen
gleichzeitig mit dem Ansteigen der Versorgungsspannung in einen
logisch "niedrigen" Zustand gebracht.
Daher befindet sich das Ausgangssignal des Inverters 210 in einem
logisch "hohen" Zustand. Demgemäß wird von der
Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 kein aktives, "niedriges" Initialisierung
geliefert.
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In der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 steigt
das Potenzial des Knotens N3 über
den Kondensator C2 auf die Versorgungsspannung an, um den n-Kanal-Tr
M8 zu aktivieren. Obwohl die n-Kanal-Trs M5 und M6 in Reihe mit
Masse verbunden sind, steigt das Potenzial des Knotens M3 aufgrund
der hohen Widerstände
der n-Kanal-Trs M5 und M6 leicht an. Die Aktivierung des n-Kanal-Tr
M8 sorgt für
eine schnelle Reaktion, da er eine niedrige Schwel lenspannung zeigt.
Im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Anstieg der Versorgungsspannung wird
der Inverter 220 in einen logisch "niedrigen" Zustand gebracht, und es erfolgt Eingabe
in die NAND-Schaltung NAND1. Daher befindet sich das Initialisierung
der NAND-Schaltung NAND1 unabhängig
davon, ob sich das Eingangssignal in sie in einem logisch "niedrigen" Zustand oder einem
logisch "hohen" Zustand befindet,
in einem logisch "hohen" Zustand. Infolgedessen
wird ein Resetsignal in einem aktiven, logisch "niedrigen" Zustand ausgegeben. Wenn die Versorgungsspannung
schnell ansteigt, ist das Initialisierung der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 effektiver
als dasjenige der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201.
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Danach wird der Kondensator C2 über die n-Kanal-Trs
M5 und M6 entladen, die durch den Anstieg der Versorgungsspannung
aktiviert werden, und so wird der Knoten N3 in einen logisch "niedrigen" Zustand überführt. Demgemäß wird das
Initialisierung der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 in
einen logisch "hohen" Zustand gebracht.
Infolgedessen wird ein von der Resetsignal-Ausgabeschaltung 203 (Negativ-ODER-Schaltung)
ausgegebenes Resetsignal vom aktiven, "niedrigen" Zustand in einen logisch "hohen" Zustand überführt und
so aufgeschaltet.
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Während
sich das Resetsignal im aktiven, logisch "niedrigen" Zustand befindet, wird der logisch "niedrige" Zustand an das Gate
des p-Kanal-Tr M4 rückgeführt, um
diesen zu aktivieren. Es fließt
ein Strom über
dem Widerstand R4 in die n-Kanal-Trs M5 und M6, und er wirkt so,
dass er die Entladung der im Kondensator C2 angesammelten Ladungen sperrt.
Auf diese Weise kann eine ausreichende Zeitperiode erzielt werden,
bis das Resetsignal aufgeschaltet wird.
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Wenn die Entladung des Kondensators
C2 abgeschlossen ist, ist der Knoten N3 in einen logisch "niedrigen" Zustand platziert,
was das Initialisierung der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 202 in
einen logisch "hohen" Zustand bringt.
Demgemäß wird das
Resetsignal in einen logisch "hohen" Zustand gebracht,
das den p-Kanal-Tr M4 deaktiviert. Daher wird der serielle Pfad
von der Versorgungsspannung nach Masse über den p-Kanal-Tr M4, den Widerstand
R4, den n-Kanal-Tr M5 und den n-Kanal-Tr M6 unterbrochen, der danach
fließende Gleichstrom
wird abgeschaltet.
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Die in der 5 dargestellte Resetvorrichtung 200 zeigt
die folgenden Probleme.
- (1) Da eine Reihenschaltung
aus den Widerständen
R1 und R2 der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 zwischen
die Spannungsversorgung und Masse geschaltet ist, existiert ein
serieller Pfad selbst nach einem Anstieg der Versorgungsspannung.
Im Ergebnis fließt selbst
nach einem Anstieg der Versorgungsspannung der Strom immer noch
in die Reihenschaltung der Widerstände R1 und R2, was den Energieverbrauch
unnötig
erhöht.
- (2) Es ist erforderlich, die Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 201 oder 202 abhängig davon
einzuschalten, ob die Versorgungsspannung langsam oder schnell ansteigt.
Der Schaltvorgang stützt
sich auf die Kapazitäten
der Kondensatoren C1 und C2, die Widerstandswerte der Widerstände R1 bis
R4 und die Eigenschaften der Transistoren M1 bis M10 als Parameter
der Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltungen 201 und 202.
Unter Berücksichtigung
der Streuung der Kapazitäten,
der Widerstandswerte und der Eigenschaften ist es schwierig, die
Parameter so zu kontrollieren, dass der Schaltvorgang stabil ausgeführt wird.
- (3) Heutzutage ist es stark erwünscht, den Energieverbrauch
zu senken, da eine zunehmende Anzahl von Geräten existiert, die so konzipiert sind,
dass sie durch Batterien betrieben werden. Es wurde wesentlich,
dass das System bei niedriger Versorgungsspannung arbeitet, um wesentlich
zur Energieeinsparung beizutragen. Unter diesen Umständen besteht
Bedarf an einer Schaltung zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung, die einen Rücksetzvorgang selbst dann stabil
ausführt,
wenn eine niedrige Spannung vorliegt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung ist eine Resetvorrichtung
geschaffen, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt die Resetvorrichtung
ferner über
einen Anfangspolarisationszustand-Einstellabschnitt zum Ermitteln
des Polarisationszustands des ferroelektrischen Kapazitätselements.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Polarisationszustand-Initialisierungsabschnitt über eine
Pulserzeugungsschaltung mit einem Eingangsende, das mit einem Eingangsende
eines ersten Inverters der Spannungserfassungsschaltung verbunden
ist, wobei der Polarisationszustand-Initialisierungsabschnitt an
einem Ausgangsende einen Polarisationszustand-Initialisierungsimpuls
für ein
zweites Ende des ferroelektrischen Kapazitätsele ments erzeugt.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Resetsignal-Ausgabeabschnitt
oder -Aufschaltabschnitt über
einen zweiten Inverter, einen zweiten Durchlasstransistor, eine
Verzögerungsschaltung
und einen Resetsignal-Aufschalttransistor. Ein Verbindungspunkt
zwischen einem Pullup-Widerstand und einem Resetsignal-Treibertransistor
ist mit einem Eingangsende des zweiten Inverters verbunden. Das
Eingangsende des zweiten Inverters ist mit einem Steueranschluss
des zweiten Durchlasstransistors verbunden. Ein Ausgangsende des
zweiten Inverters ist mit einem von zwei Steueranschlüssen des
zweiten Durchlasstransistors verbunden. Der andere Treiberanschluss
des zweiten Durchlasstransistors ist über die Verzögerungsschaltung
mit einem Eingangsende eines ersten Inverters verbunden. Das Eingangsende
des ersten Inverters ist mit einem Steueranschluss des Resetsignal-Aufschalttransistors
verbunden. Einer von zwei Treiberanschlüssen des Resetsignal-Aufschalttransistors
ist mit einem Steueranschluss des Resetsignal-Treibertransistors verbunden.
Der andere Treiberanschluss des Resetsignal-Aufschalttransistors
ist geerdet.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Resetsignal-Ausgabeabschnitt über einen
Resetsignal-Treibertransistor und einen Pullup-Widerstand. Ein zweites
Ende des ferroelektrischen Kapazitätselements ist über einen
ersten Durchlasstransistor mit einem Steueranschluss, der mit einem
Ausgangsende eines ersten Inverters verbunden ist, mit einem Steueranschluss
des Resetsignal-Treibertransistors verbunden. Einer von zwei Treiberanschlüssen des
Resetsignal-Treibertransistors ist mit einem ersten Ende des Pullup-Widerstands
verbunden, der über
ein mit einer Spannungsversorgung verbundenes zweites Ende verfügt. Der andere
Treiberanschluss des Resetsignal-Treibertransistors ist geerdet.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Resetsignal-Aufschaltabschnitt über einen
zweiten Inverter, einen zweiten Durchlasstransistor, eine Verzögerungsschaltung
und einen Resetsignal-Aufschalttransistor. Ein Verbindungspunkt
zwischen dem Pullup-Widerstand und dem Resetsignal-Treibertransistor
ist mit einem Eingangsende des zweiten Inverters verbunden. Das
Eingangsende des zweiten Inverters ist mit einem Steueranschluss
des zweiten Durchlasstransistors verbunden. Ein Ausgangsende des
zweiten Inverters ist mit einem von zwei Treiberanschlüssen des
zweiten Durchlasstransistors verbunden. Der andere Treiberanschluss
des zweiten Durchlasstransistors ist über die Verzögerungsschaltung
mit einem Eingangsende des ers ten Inverters verbunden. Das Eingangsende
des ersten Inverters ist mit einem Steueranschluss des Resetsignal-Aufschalttransistors
verbunden. Einer der zwei Treiberanschlüsse des Resetsignal-Aufschalttransistors
ist mit dem Steueranschluss des Resetsignal-Treibertransistors verbunden.
Der andere Treiberanschluss des Resetsignal-Aufschalttransistors
ist geerdet.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Polarisationszustand-Initialisierungsabschnitt über einen
Aufbau, bei dem ein Pulldown-Transistor mit einem ersten Ende des
ferroelektrischen Kapazitätselements
verbunden ist und ein Pulluptransistor mit einem zweiten Ende des
ferroelektrischen Kapazitätselements
verbunden ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt die Resetvorrichtung
ferner über
einen Anfangspolarisationszustand-Einstellabschnitt zum Bestimmen
des Polarisationszustands des ferroelektrischen Kapazitätselements.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfasst
der Spannungserfassungsabschnitt den Anstieg der Versorgungsspannung
durch Polarisationsumkehr, so dass das Resetsignal durch einen Übergang
eines Potenzials des ferroelektrischen Kapazitätselements, hervorgerufen durch
die Polarisationsumkehr, erzeugt wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung verfügt der Spannungserfassungsabschnitt über einen
ersten Inverter. Ein Eingangsende des ersten Inverters ist über ein
dielektrisches Kapazitätselement und
einen Pulldown-Widerstand geerdet. Ein Ausgangsende des ersten Inverters
ist mit einem ersten Ende des ferroelektrischen Kapazitätselements
verbunden.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform
der Erfindung verfügt
eine Halbleiter-IC-Vorrichtung über die
oben beschriebene Resetvorrichtung, die unter Verwendung eines Halbleitermaterials
ausgebildet ist.
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Gemäß noch einer anderen Erscheinungsform
der Erfindung verfügt
ein Halbleiterspeicher über
die oben beschriebene Halbleiter-IC-Vorrichtung.
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Das in der Spannungserfassungsschaltung vorhandene
ferroelektrische Kapazitätselement
hält aufgrund
seiner Hystereseeigenschaften eine Restpolarisation aufrecht und
führt demgemäß, abweichend
von einem dielektrischen Kondensator, keinen zeitabhängigen Lade-
oder Entladevorgang aus. Daher können
ein Stromverbrauch während
des Betriebs der Schaltung und ein serieller Pfad, wie bei der herkömmlichen
Technik erforderlich, beseitigt werden. Im Ergebnis ist konstanter
Stromverbrauch beseitigt, was zu verringertem Energieverbrauch führt. Durch
Auswählen
eines geeigneten ferroelektrischen Materials, das für das ferroelektrische
Kapazitätselement
verwendet wird, sowie geeignete Dicke des ferroelektrischen Kapazitätselements
kann die Polarisationsumkehrspannung minimiert werden. So ist ein
stabiler Betrieb selbst bei niedriger Spannung garantiert. Die durch
das ferroelektrische Material verursachte Polarisation ist eine
spontane Polarisation, die durch das an es angelegte elektrische
Feld induziert wird, so dass damit keine Injektion oder Freisetzung
von Ladungsträgern
an oder von einer externen Vorrichtung erfolgt, abweichend von einem
dielektrischen Kondensator. Daher wird die Polarisationsumkehr schnell
ausgeführt.
Die Polarisationsumkehr wird durch ein elektrisches Feld gesteuert,
d. h. eine von einer externen Vorrichtung gelieferte Spannung. Daher
stützt
sich die Polarisationsumkehr nicht auf den Anstiegszeitpunkt der
Spannung, und es wird eine Spannungserfassungsschaltung realisiert,
die ausreichend einfach steuerbar ist. Im Ergebnis wird eine Resetvorrichtung
realisiert, die für
stabilen Betrieb sorgt.
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Der Beginn der Ausgabe eines Resetsignals mit
anschließender
Aufschaltung können
unter Verwendung der Polarisationscharakteristik des ferroelektrischen
Kapazitätselements
relativ einfach erfolgen.
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Der Anfangs-Polarisationszustand
des ferroelektrischen Kondensators kann durch den Anfangs-Polarisationszustand-Einstellabschnitt
leicht und wahlfrei ermittelt werden.
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Nachdem die Versorgungsspannung angestiegen
ist, um das Resetsignal freizusetzen, kann der Polarisationszustand
des ferroelektrischen Kapazitätselements
leicht und automatisch durch den Polarisationszustand-Initialisierungsabschnitt
in den anfänglichen
Polarisationszustand zurückgebracht
werden.
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Die Polarisation des ferroelektrischen
Kapazitätselements
wird auf einen Anstieg der Versorgungsspannung hin invertiert. Unter
Verwendung der zu diesem Zeitpunkt erzeugten Ladung kann ein Resetsignal
schnell und einfach erzeugt werden.
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Die Spannungserfassungsschaltung
kann unter Verwendung des ferroelektrischen Kapazitätselements
einen einfachen Aufbau aufweisen.
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Es kann ein Resetsignal-Ausgabeabschnitt realisiert
werden, der für
eine Spannungserfassungsschaltung unter Verwendung des ferroelektrischen Kapazitätselements
geeignet ist und einfach ist.
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Es kann ein Resetsignal-Aufschaltabschnitt zum
Aufschalten des Resetsignals nach dem Starten der Ausgabe desselben
mit einem einfachen Aufbau realisiert werden.
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Es kann ein Anfangs-Polarisationszustand-Einstellabschnitt
mit einfachem Aufbau realisiert werden.
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Es kann Polarisationszustand-Initialisierungsabschnitt
mit einfachem Aufbau realisiert werden.
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Eine Resetvorrichtung (oder Resetgerät) gemäß der Erfindung
kann leicht für
eine Halbleiter-IC-Vorrichtung verwendet werden.
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Eine Halbleiter-IC-Vorrichtung (oder
-bauteil) unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Resetvorrichtung (oder
Resetgeräts)
kann leicht für
einen Halbleiterspeicher (oder ein Halbleiterspeicher-Bauteil) verwendet
werden.
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Demgemäß ermöglicht die hier beschriebene
Erfindung, die Vorteile des Schaffens einer Resetvorrichtung, die
arbeitet, ohne sich auf eine Kontrolle durch Parameter zum Ausführen eines
stabilen Schaltvorgangs zu stützen,
die den Energieverbrauch verringert und die stabilen Betrieb selbst
bei niedriger Spannung garantiert; sowie einer Halbleiter-IC-Vorrichtung
und eines Halbleiterspeichers mit einer derartigen Resetvorrichtung.
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Um die Erfindung einfacher verständlich zu machen,
werden nun spezielle Ausführungsformen derselben
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltbild zum Veranschaulichen eines Beispiels des Aufbaus
einer Vorrichtung zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung gemäß einem Beispiel der Erfindung;
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2 ist
ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Hysteresecharakteristik eines
in der 1 dargestellten
ferroelektrischen Kondensators FC;
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3A zeigt
einen anfänglichen
Polarisationszustand des in der 1 dargestellten
ferroelektrischen Kondensators FC;
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3B zeigt
einen Polarisationsumkehrzustand des in der 1 dargestellten ferroelektrischen Kondensators
FC;
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4 ist
ein Schaltbild zum Veranschaulichen des Aufbaus einer herkömmlichen
Vorrichtung zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung; und
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5 ist
ein Schaltbild zum Veranschaulichen des Aufbaus einer anderen herkömmlichen
Vorrichtung zum Rücksetzen
der Spannung beim Einschalten.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 ist
ein Schaltbild zum Veranschaulichen eines Beispiels des Aufbaus
einer Vorrichtung 1 zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung gemäß einem Beispiel der Erfindung.
Gemäß der 1 verfügt die Vorrichtung zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung über
eine Versorgungsspannungs-Erfassungsschaltung 2 zum
Erfassen eines Anstiegs einer Versorgungsspannung unter Verwendung
einer Polarisationsumkehr eines ferroelektrischen Kondensators FC
als ferroelektrischem Kapazitätselement,
eine Polarisationszustand-Einstellschaltung 3 (Anfangs-Polarisationszustand-Einstellabschnitt)
zum Ermitteln des Polarisationszustands des ferroelektrischen Kondensators
FC, eine Resetsignal-Ausgabeschaltung 4 zum Erfassen des
Anstiegs der Versorgungsspannung, um ein Resetsignal zu erzeugen,
einen Resetsignal-Aufschaltabschnitt 5 zum Aufschalten
des Resetsignals und eine Polarisationszustand-Initialisierungsschaltung 6 zum Zurückführen des
Polarisationszustands des ferroelektrischen Kondensators FC in einen
anfänglichen Polarisationszustand,
nachdem das Resetsignal aufgeschaltet wurde.
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Die Versorgungsspannungs-Erkennungsschaltung 2 verfügt über den
folgenden Aufbau. Eines von zwei Enden des Pulldown-Widerstands
R21 zum Herunterziehen eines Knotens N20 in einen logisch "niedrigen" Zustand, wenn die
Spannung eingeschaltet wird, und eines von zwei Enden eines dielektrischen
Kondensators C22 (dielektrisches Kapazitätselement) sind geerdet. Die
anderen Enden des Pulldown-Widerstands R21 und des dielektrischen Kondensators
C22 sind mit einem Gate (Steueranschluss) eines ersten Inverters 110 mit
einem p-Kanal-Transistor Tr23 und einem n-Kanal-Transistor Tr24
verbunden. Ein Knoten N26 am Ausgang des Inverters 110 ist
mit einem von zwei Enden des ferroelektrischen Kondensators FC verbunden,
und ein Knoten N27 am anderen Ende des ferroelektrischen Kondensators
FC ist mit einer Source (Treiberanschluss) eines ersten Durchlasstransistors
Tr28 zum Durchlassen der Signalübertragung
verbunden. Der Knoten N26 ist mit einem Gate des ersten Durchlasstransistors
Tr28 verbunden.
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Die Polarisationszustand-Einstellschaltung 3 verfügt über den
folgenden Aufbau. Ein Drain eines Pulldown-n-Kanal-Transistors Tr31
mit einer geerdeten Source ist mit dem Knoten N26 verbunden. Ein Drain
eines Pullup-p-Kanal-Transistors Tr32 mit einer mit der Spannungsversorgung
verbundenen Source ist mit dem Knoten N27 verbunden. Aufgrund dieses Aufbaus
wird der anfängliche
Polarisationszustand des ferroelektrischen Kondensators FC eingestellt. An
einem Gate des Pulldown-n-Kanal-Transistors Tr31 wird ein Polarisationszustand-Einstellsignal INIT
zum Steuern der Initialisierung des ferroelektrischen Kondensators
FC eingegeben. An einem Gate des Pullup-p-Kanal-Transistors Tr32 wird ein Polarisationszustand-Einstellsignal
INIT# zum Steuern der Initialisierung des ferroelektrischen Kondensators
FC eingegeben.
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Die Resetsignal-Ausgabeschaltung 4 verfügt über den
folgenden Aufbau. Ein Drain (Treiberanschluss) des ersten Durchlasstransistors
Tr28 ist mit einem Gate eines n-Kanal-Transistors Tr41 zum Treiben
eines Resetsignals (Resetsignal-Treibertransistor) verbunden. Eine
Source des n-Kanal-Transistors Tr41 ist geerdet. Ein Drain des n-Kanal-Transistors Tr41
ist mit einem von zwei Enden eines Pullup-Widerstands R42 verbunden.
Das andere Ende des Pullup-Widerstands R42 ist mit der Spannungsversorgung
verbunden. Ein Knoten N43 ist ein Verbindungspunkt zwischen dem
n-Kanal-Transistor Tr41 und dem Pullup-Widerstand R42, so dass ein
Resetsignal in den Knoten N43 eingegeben wird.
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Die Resetsignal-Aufschaltschaltung 5 verfügt über den
folgenden Aufbau. Der Knoten N43 ist mit einer Reihenschaltung mit
einem zweiten Inverter INV51 und einem anderen Inverter INV52, die
in Reihe geschaltet sind verbunden, so dass ein am Knoten N43 eingegebenes
Resetsignal über
die Inverter INV51 und die INV52 ausgegeben wird. Ein Knoten N53
an einem Ausgangsende des zweiten Inverters INV51 ist mit einer
Source eines zweiten Durchlasstransistors Tr54 verbunden, um das
Signal vom zweiten Inverter INV51 zu übertragen. Ein Drain des zweiten
Durchlasstransistors Tr54 ist mit einer Verzögerungsschaltung 55 mit
einer geraden Anzahl von in Reihe geschalteten Invertern verbunden.
Die Verzögerungsschaltung 55 verzögert ein
Signal entsprechend der Anzahl der in ihr enthaltenen Inverter.
Ein Gate des zweiten Durchlasstransistors Tr54 ist mit dem Knoten
N43 an einem Eingangsende des zweiten Inverters INV51 verbunden.
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Die Resetsignal-Aufschaltschaltung 5 verfügt ferner über den
folgenden Aufbau. Ein Ausgangsende der Verzögerungsschaltung 55 ist
mit dem Knoten N20 verbunden. Der Knoten N20 ist mit einem Gate
eines n-Kanal-Transistors Tr56 zum Aufschalten eines Resetsignals
verbunden. Eine Source des n-Kanal-Transistors Tr56 ist geerdet,
und ein Drain desselben ist mit dem Gate des n-Kanal-Transistors Tr41 und dem Drain
des ersten Durchlasstransistors Tr28 verbunden. Ein Ausgangssignal
der Verzögerungsschaltung 55 wirkt
als Signal zum Aufschalten eines Resetsignals (Resetsignal-Aufschaltsignal).
Beim in der 1 dargestellten
Beispiel verfügt
die Verzögerungsschaltung 55 über vier
in Reihe geschaltete Inverter zum Verzögern des Signals. Die Verzögerungsschaltung 55 kann über jede
beliebige gerade Anzahl von Invertern entsprechend der erforderlichen
Verzögerungszeitperiode
verfügen.
Die Anzahl sollte gerade sein, so dass das Signal zwischen dem Eingangsende
und dem Ausgangsende der Verzögerungsschaltung 55 nicht
invertiert wird.
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Die Polarisationszustand-Initialisierungsschaltung 6 verfügt über eine
Impulserzeugungsschaltung 61. Ein Eingangsende der Impulserzeugungsschaltung 61 ist
mit dem Knoten N20 verbunden, und ein Ausgangsende derselben ist
mit dem Knoten N27 verbunden. Die Impulserzeugungsschaltung 61 verfügt über eine
ungerade Anzahl von in Reihe geschalteten Invertern. Die Impulserzeugungsschaltung 61 erzeugt
einen Impuls mit einer Breite entsprechend der Verzögerungszeitperiode, die
durch die Anzahl der in Reihe mit dem Knoten N20 verbundenen Inverter
verursacht wird, und sie gibt die Impulse an den Knoten N27 aus.
Beim in der 5 dargestellten
Beispiel verfügt
die Impulserzeugungsschaltung 61 über drei in Reihe geschaltete
Inverter. Die Impulserzeugungsschaltung 61 kann jede beliebige
ungerade Anzahl von Invertern entsprechend der benötigten Impulsbreite
verfügen.
Die Anzahl sollte ungerade sein, so dass das Signal zwischen einem
Eingangsende und einem Ausgangsende der Impulserzeugungsschaltung 61 invertiert
wird.
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Nachfolgend wird die Polarisationscharakteristik
des ferroelektrischen Kondensators FC detailliert beschrieben. Die 2 zeigt eine Hysteresekurve
eines ferroelektrischen Materials, das dazu verwendet wird, den
ferroelektrischen Kondensator FC herzustellen. Eine Ladungsmenge
g, wie sie durch ein elektrisches Feld am ferroelektrischen Material erzeugt
wird (durch eine Spannung E repräsentiert, die
bei diesem Beispiel an die beiden Enden des ferroelektrischen Kondensators
FC angelegt wird), zeigt eine Hysteresecharakteristik, wie sie in
der 2 dargestellt ist.
Unmittelbar nach der Herstellung des ferroelektrischen Kondensators
FC, d. h., wenn kein elektrisches Feld an ihn angelegt wurde (Spannung
E = 0), ist das ferroelektrische Material nicht polarisiert. Die
erzeugte Ladungsmenge Q ist null (Punkt A). Wenn ein elektrisches
Feld an den ferroelektrischen Kondensator FC angelegt wird (Spannung
E > 0) wird das ferroelektrische
Material polarisiert und es wird eine Ladungsmenge Q proportional
zur Stärke
des elektrischen Felds erzeugt. Es existiert ein Punkt, an dem das
ferroelektrische Material selbst dann nicht weiter polarisiert wird,
wenn die Stärke
des elektrischen Felds erhöht
wird. Das Polarisationsausmaß an
diesem Punkt wird als Sättigungspolarisationswert
bezeichnet (Punkt B). Selbst wenn die Stärke des elektrischen Felds
ausgehend vom Punkt B auf null abgesenkt wird (Spannung E = 0),
wird der Polarisationsumfang nicht null, sondern die hadungsmenge
Q bleibt auf einem bestimmten Wert. Der Polarisationsumfang an diesem
Punkt wird als Restpolarisationswert (Punkt C) bezeichnet. Wenn
das elektrische Feld umgekehrt wird, um negativ zu sein, wird die
Polarisation umgekehrt. Dann erreicht die Ladungsmenge Q einen Punkt,
an dem das ferroelektrische Material wie am Punkt B nicht weiter
in negativer Richtung polarisiert wird (Punkt D). Selbst wenn ein
elektrisches Feld in positiver Richtung angelegt wird, um die Stärke des
elektrischen Felds auf null zurückzuführen (Spannung
E = 0), wird der Polarisationsumfang nicht null, sondern die Ladungsmenge Q
verbleibt auf einem bestimmten Wert. Der Polarisationsumfang an
diesem Punkt wird als Restpolarisationswert bezeichnet (Punkt E).
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Da der ferroelektrische Kondensator
FC eine derartige Hystereaecharakteristik zeigt, kann die Restpolarisation
dazu genutzt werden, Information auf nichtflüchtige Weise aufrecht zu erhalten.
Der ferroelektrische Kondensator FC zeigt das Merkmal, dass er in
relativ kurzer Zeit in einem Polarisationszustand überführt wird,
so dass die Reaktion schnell ist. Wenn das zum Invertieren der Polarisation
erforderliche elektrische Feld EC beträgt und die Dicke des ferroelektrischen
Kondensator FC d ist, ist die an beiden Ende des ferroelektrischen
Kondensators FC angelegte Spannung Vc (Inversionsspannung) Vc = Ecxd.
Da das elektrische Feld Ec zur Invertierung erforderlich ist, hängt die
Polarisation vom Typ des ferroelektrischen Materials ab, und die
Dicke d hängt von
der Struktur des ferroelektrischen Kondensators FC ab, hängt der
Wert der Spannung Vc vom ausgewählten
Typ des ferroelektrischen Materials und der ausgewählten Struktur
des ferroelektrischen Kondensators FC ab. Wenn ein Film aus einem
Material auf PZT Bleizirkonat titanat)-Basis für den ferroelektrischen Kondensator
FC verwendet wird, hat die Spannung Vc den kleinen Wert von ungefähr 2,5 V. Wenn
ein Material auf sogenannter Y1-Basis für den ferroelektrischen Kondensator
FC verwendet wird, beträgt
die Spannung Vc nur ungefähr
1,7 V. Ein stabiler Betrieb ist bei derartig niedrigen Spannungspegeln
möglich.
Wenn die Dicke d des ferroelektrischen Kondensators FC verringert
wird, kann die Spannung Vc noch kleiner sein. Eine derartige Absenkung
der Inversionsspannung Vc ist für
Halbleitererzeugnisse geeignet, für die dünne Filme leicht hergestellt
werden können.
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Nun wird eine Betriebsweise der Vorrichtung 1
zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung mit dem obigen Aufbau beschrieben.
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Als Erstes bestimmt die Polarisationszustand-Einstellschaltung 3 den
Polarisationszustand des ferroelektrischen Kondensators FC wie folgt.
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Unmittelbar nach der Herstellung
des ferroelektrischen Kondensators FC, d. h., wenn kein elektrisches
Feld an ihn angelegt wurde, ist das ferroelektrische Material nicht
polarisiert (Punkt A in der 2).
Damit der ferroelektrische Kondensator FC als Schaltungselement
wirken kann, muss der anfängliche
Polarisationszustand des ferroelektrischen Materials bestimmt werden.
Um eine derartige Bestimmung auszuführen, muss das Signal INIT
in das Gate des Pulldown-n-Kanal-Transistors Tr31 eingegeben werden,
und das Signal INIT# muss in den Pullup-p-Kanal-Transistor Tr32
eingegeben werden. Anders gesagt, ist das Signal INIT mit einem
logisch "hohen" Zustand versehen,
und das Signal INIT# ist mit einem logisch "niedrigen" Zustand versehen, so dass die Potenziale
an den beiden Enden des ferroelektrischen Kondensators FC, d. h.
die Potenziale der Knoten N26 und N27, der Massepegel bzw. der Versorgungsspannungspegel
sind, um den anfänglichen
Polarisationszustand zu bestimmen. Die Potenzialdifferenz zwischen
dem Versorgungsspannungspegel und dem Massepegel ist mindestens
der oben genannte Spannungspegel Vc. Da der Knoten N27 so mit einem
hohen Potenzial versehen ist, wird das ferroelektrische Material
polarisiert, wie es in der 3A dargestellt
ist. Demgemäß ist der
anfängliche Polarisationszustand
des ferroelektrischen Kondensators FC bestimmt. Es reicht aus, dass
das Einstellen des anfänglichen
Polarisationszustands nach der Herstellung des ferroelektrischen
Kondenators FC nur einmal ausgeführt
wird. Das Einstellen kann entweder vom Hersteller oder vom Benutzer
ausgeführt werden,
jedoch ist es zweckdienlich, den anfänglichen Polarisationszustand
während
eines Tests der Vorrichtung 1 zum Rücksetzen beim Einschalten der Spannung
mit dem fer roelektrischen Kondensator FC einzustellen. Nach der
Bestimmung werden die Signale INIT und INIT# im logisch "niedrigen" Zustand bzw. im
logisch "hohen" Zustand fixiert,
um die Transistoren Tr31 und Tr32 nicht zu aktivieren. Die Signale
INIT und INIT# können
von einer externen Vorrichtung eingegeben werden, z. B. einer Multivibrator-Impulserzeugungsschaltung
zum Erzeugen eines Einzelimpulses. Die Signale INIT und INIT# können in
jede beliebige Einrichtung eingegeben werden, jedoch ist eine Einrichtung,
die so einfach wie möglich
ist, bevorzugt, da diese Signale nur einmal verwendet werden.
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Nachdem der anfängliche Polarisationszustand
des ferroelektrischen Kondensators FC durch die Polarisationszustand-Einstellschaltung 3 eingestellt
wurde, wird die Spannung in einem Zustand normalen Gebrauchs eingeschaltet.
Unmittelbar nach dem Einschalten der Spannung kann der dielektrische
Kondensator C22 nicht geladen werden, da er durch den Widerstand
R21 heruntergezogen wird. Demgemäß befindet
sich das Potenzial des Knotens N20 auf dem Massepegel. Daher ist
der n-Kanal-Transistor Tr24 inaktiv, und der p-Kanal-Transistor Tr23 ist
aktiviert. Im Ergebnis wird der Knoten N26, der einen der zwei Enden
des ferroelektrischen Kondensators FC bildet, mit der Versorgungsspannung
versorgt. Dabei wird der Knoten N27, der das andere Ende des ferroelektrischen
Kondensators FC bildet, nicht durch das Einschalten der Spannung
hochgezogen. Daher wird, wenn die an den Knoten N26 gelieferte Versorgungsspannung
die oben genannte Umkehrspannung Vc überschreitet, die Polarisation
des ferroelektrischen Kondensators FC in den in der 3B dargestellten Zustand invertiert.
Dabei erkennt, wie es in der 1 dargestellt ist,
der n-Kanal-Transistor Tr41 der Resetsignal-Ausgabeschaltung 4 die
Polarisationsumkehr des ferroelektrischen Kondensators FC, und er
erzeugt so ein Resetsignal. Die Erzeugung eines Resetsignals bedeutet
das Starten der Ausgabe eines Resetsignals und anschließendes Aufschalten
desselben. Bevor die Polarisation des ferroelektrischen Kondensators FC
invertiert ist, überschreitet
das Gatepotenzial des ersten Durchlasstransistors Tr28 die Schwellenspannung
desselben, und so wird dieser erste Durchlasstransistor Tr28 aktiviert
(d. h. eingeschaltet).
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Bevor die an den Knoten N26 gelieferte
Versorgungsspannung die oben genannte Inversionsspannung Vc überschreitet,
steigt das Potenzial am Knoten N27 durch eine Ladung an, die durch
die Polarisationsumkehr durch das anfängliche Einstellen des ferroelektrischen
Kondensators FC induziert wird, und es erreicht einen logisch "hohen" Zustand. Dabei ist
das Potenzial am Knoten N26 die ansteigende Versorgungsspannung.
Wenn das Gatepotenzial des mit dem Knoten N26 verbundenen ersten Durchlasstransistors
Tr28 die Schwellenspannung desselben übersteigt, wird dieser erste
Durchlasstransistor Tr28 aktiviert, und so wird das logisch "hohe" Potenzial des Knotens
N27 an das Gate des n-Kanal-Transistors Tr41 übertragen. Da sich der Knoten
N20 dabei in einem logisch "niedrigen" Zustand befindet,
ist der mit dem Knoten N20 verbundene n-Kanal-Transistor Tr56 inaktiv
und beeinflusst so den logischen Pegel des n-Kanal-Transistors Tr41 nicht.
Daher wird der n-Kanal-Transistor Tr41 aktiviert, und das Potenzial
am Knoten N43, das über den
Widerstand R42 hochgezogen wurde, wird in einen logisch "niedrigen" Zustand gebracht.
Der Widerstandswert des Widerstands R42 ist so eingestellt, dass
sich der Knoten N43 aufgrund eines Widerstandsteilerverhältnisses
des Widerstandswerts in Bezug auf den EIN-Widerstands-Wert, wenn
der n-Kanal-Transistor Tr41 aktiviert wird, im logisch "niedrigen" Zustand befindet.
Da der Knoten N43 in den logisch "niedrigen" Zustand gebracht wird, wird das über die
Inverter INV51 und INV52 in den aktiven "niedrigen" Zustand gebracht und ausgegeben.
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Der Knoten N43 befindet sich im logisch "niedrigen" Zustand, und der
Knoten, N53 befindet sich im logisch "hohen" Zustand, und so befindet sich das Gate
des mit dem Knoten N43 verbundenen zweiten Durchlasstransistors
Tr54 im logisch "niedrigen" Zustand. Daher wird
der logisch "hohe" Pegel des mit der
Source des zweiten Durchlasstransistors Tr54 verbundenen Knotens
N53 über
den Drain des zweiten Durchlasstransistors Tr54 an die Verzögerungsschaltung 55 übertragen.
Der in die Verzögerungsschaltung 55 eingegebene
logisch "hohe" Pegel wird nach
der durch die Verzögerungsschaltung 55 eingestellten
Verzögerungszeit
an den Knoten N20 am Ausgang der Verzögerungsschaltung 55 übertragen.
Demgemäß wird der
Knoten N20 vom unmittelbar nach, dem Einschalten der Spannung erzielten
logisch "niedrigen" Zustand in den logisch "hohen" Zustand überführt. Wenn
der Knoten N20 nach der zum Laden, des dielektrischen Kondensators C22
benötigten
Verzögerungszeit
den logisch "hohen" Zustand erreicht,
wird der n-Kanal-Transistor Tr24 aktiviert, und so wird der Knoten
N26 in einen logisch "niedrigen" Zustand gebracht.
Da der Knoten N26 in den logisch "niedrigen" Zustand gebracht wird, wird der erste
Durchlasstransistor Tr28 deaktiviert, um den Signalpfad zwischen
den Knoten N27 und dem Gate des n-Kanal-Transistors Tr41 zu unterbrechen.
Gleichzeitig wird der logisch "hohe" Pegel des Knotens
N20 in das Gate des n-Kanal-Transistors Tr56 eingegeben, um diesen
zu aktivieren. Demgemäß wird das
Gate des n-Kanal-Transistors Tr41 in einen logisch "niedrigen" Zustand gebracht,
und er wird deaktiviert. Da der n-Kanal-Transistor Tr41 deaktiviert
ist, wird der Knoten N43 durch den Widerstand R42 in einen logisch "hohen" Zustand hochgezogen.
Der logisch "hohe" Zustand des Knotens
N43 überführt das
Resetsignal über
die Inverter INV51 und INV52 in einen logisch "hohen" Zustand. Zusammengefasst gesagt, wird
das Resetsignal, das sich nach dem Einschalten der Spannung in einem
aktiven "niedrigen" Zustand befindet,
für die
durch die Verzögerungsschaltung 55 erzeugte
Verzögerungszeitperiode
ausgegeben, d. h. die zum Laden des dielektrischen Kondensators
C22 erforderliche Zeitperiode, und es wird dann in einen logisch "hohen" Zustand gebracht
und aufgeschaltet.
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Nachdem das Resetsignal aufgeschaltet wurde,
muss der ferroelektrische Kondensator FC in den anfänglichen
Polarisationszustand zurückkehren,
um für
das nächste
Mal vorbereitet zu sein, wenn die Spannung eingeschaltet wird. Wenn
der Knoten N20 durch ein als Resetsignal-Aufschaltsignal wirkendes
Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 55 in
einen logisch "hohen" Zustand gebracht
wird, arbeitet die Impulserzeugungsschaltung 61 wie folgt, nachdem
sie den Spannungspegel des Knotens N20 empfangen hat. Auf den Empfang
des vom Knoten N20 ausgegebenen logisch "hohen" Pegels erzeugt die Impulserzeugungsschaltung 61 einen
logisch "hohen" Impuls mit einer
Impulsbreite entsprechend einer Verzögerungszeitperiode, die durch
die Anzahl der in ihr enthaltenen Inverter gebildet wird. Dabei befindet
sich der Knoten N26, der einer der zwei Enden des ferroelektrischen
Kondensators FC ist, in einem logisch "niedrigen" Zustand, und der Knoten N27, der das
andere Ende des ferroelektrischen Kondensators FC ist, empfängt einen
logisch "hohen" Impuls von der Impulserzeugungsschaltung 61.
Daher wird die Polarisation des ferroelektrischen Kondensators FC
invertiert und so auf den Zustand der 3A zurückinitialisiert.
Dieser anfängliche
Polarisationszustand wird selbst nach dem Abschalten der Spannung
des Systems durch die Restpolarisation aufrecht erhalten.
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Die Polarisation des ferroelektrischen
Kondensators FC behält
den Anfangszustand. Daher wird, wenn die Spannung das nächste Mal
eingeschaltet wird, damit begonnen, das Verzögerungsschaltung auszugeben
und es dann aufzuschalten, um die Polarisation des ferroelektrischen
Kondensators FC durch denselben Vorgang wie oben in den anfänglichen
Polarisationszustand zurückzubringen. Demgemäß kann der
ferroelektrische Kondensator FC für das nächste Mal bereit sein, wenn
die Spannung eingeschaltet wird.
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Wie oben beschrieben wird, gemäß der Erfindung,
der ferroelektrische Kondensator FC für die Vorrichtung 1 zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung verwendet. Dank des ferroelektrischen Kondensators
FC kann ein Anstieg der Versorgungsspannung beim Einschalten der
Spannung als Polarisationsumkehr erkannt werden und so kann ein
Resetsignal erzeugt werden. Da die Polarisation des ferroelektrischen
Kondensators FC selbst bei relativ niedriger Spannung stabil invertiert
wird, kann ein Resetsignal in einem System mit relativ niedriger
Versorgungsspannung stabil erzeugt werden. Außerdem ist kein serieller Pfad
erforderlich, durch den dauernd ein Strom fließt, und in einem System, das
mit verringertem Energieverbrauch arbeiten muss, ist stabiler Betrieb
gewährleistet.
Um stabilen Betrieb bei niedriger Versorgungsspannung zu realisieren,
kann die Polarisationsumkehrspannung gesenkt werden.
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Da der Anstieg der Versorgungsspannung nur
unter Verwendung der Polarisationsumkehrspannung des ferroelektrischen
Kondensators FC erkannt wird, ist keine herkömmliche Schaltungskonfiguration erforderlich,
die sich auf die Anstiegsgeschwindigkeit der Versorgungsspannung
stützen
würde.
Demgemäß kann die
Schaltungskonfiguration vereinfacht werden.
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Abweichend von der herkömmlichen
Technik stützt
sich der Betrieb der erfindungsgemäßen Resetvorrichtung nicht
stark auf die typischen analogen Parameter, wie die Kapazitätswerte
der Kondensatoren, die Widerstandswerte der Widerstände und
die Eigenschaften der Transistoren, und diese Werte und Eigenschaften
können
einfacher konzipiert werden. Eine Streuung der Werte und Eigenschaften,
hervorgerufen durch Faktoren in Zusammenhang mit der Herstellung
oder anderen Faktoren wie der Temperatur oder dergleichen beeinflusst
die Erzeugung des Resetsignals nicht wesentlich.
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Wie oben beschrieben, kann die Polarisationsumkehrspannung
des ferroelektrischen Materials verringert werden, wenn die Dicke
eines ferroelektrischen Kondensators FC verringert wird, wobei jedoch
der Pegel der Polarisationsumkehrspannung entsprechend dem Typ des
ferroelektrischen Materials oder dergleichen variiert. Der ferroelektrische Kondensator
FC ist dazu geeignet, bei verschiedenen Halbleiter-IC-Vorrichtungen
(oder -Bauteilen) verwendet zu werden, bei denen dünne Filme
leicht herstellbar sind. Derartige Halbleiter-IC-Vorrichtungen sind
im Schutzumfang der Erfindung enthalten, obwohl beim obigen Beispiel
kein spezielles Beispiel angegeben ist.
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Ein Typ eines Halbleiterspeichers
ist ein sogenannter ferroelektrischer Speicher oder ein Speicherbauteil.
Der ferroelektrische Speicher ist ein nichtflüchtiger Speicher unter Verwendung
eines ferroelektrischen Materials. Aufgrund der Ausrichtung beim
Halbleiterprozess ist eine Halbleiter- IC-Vorrichtung (oder -Bauteil) mit einer
erfindungsgemäßen Resetvorrichtung
vorzugsweise bei einem derartigen Halbleiterspeicher (oder Speicherbauteil)
verwendbar. Ein derartiger Halbleiterspeicher (oder Speicherbauteil)
ist im Schutzumfang der Erfindung enthalten, obwohl beim obigen
Beispiel kein spezielles Beispiel angegeben ist.
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Die Erfindung ist auch vorzugsweise
bei einer Schaltung zum Rücksetzen
beim Einschalten der Spannung eines Mikrocomputers mit einem darin eingebauten
ferroelektrischen Speicher anwendbar. Ein derartiger Mikrocomputer
wird nun bei einer großen
Anzahl von Anwendungen einschließlich kontaktfreien IC-Karten, wobei es
sich um ein Aufmerksamkeit auf sich ziehendes Ziel handelt, verwendet.
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Die vorliegenden Ausführungsformen
sorgen demgemäß für Folgendes.
- 1) Das in der Spannungserfassungsschaltung vorhandene
ferroelektrische Kapazitätselement behält aufgrund
seiner Hysteresecharakteristik eine Restpolarisation, und es unterliegt
demgemäß abweichend
von einem dielektrischen Kondensator keinem zeitabhängigen Lade-
oder Entladevorgang. Daher können
ein Stromverbrauch während
des Betriebs der Schaltung und ein serieller Pfad, wie bei der herkömmlichen
Technik benötigt,
beseitigt werden. Im Ergebnis wird konstanter Stromverbrauch beseitigt,
was zu verringertem Energieverbrauch führt. Durch Auswählen eines
geeigneten ferroelektrischen Materials, wie es für das ferroelektrische Kapazitätselement
verwendet wird, und einer geeigneten Dicke des ferroelektrischen
Kapazitätselements,
kann die Polarisationsumkehrspannung minimiert werden. So ist selbst
bei niedriger Spannung stabiler Betrieb gewährleistet. Die durch das ferroelektrische
Material hervorgerufene Polarisation ist eine spontane Polarisation,
die durch das an es angelegte elektrische Feld induziert wird, und
somit geht, damit keine Injektion oder Freisetzung von Ladungen
in oder von einem externen Bauteil einher, abweichend vom dielektrischen
Kondensator. Daher wird die Polarisationsumkehr schnell ausgeführt. Die
Polarisationsumkehr wird nur durch ein elektrisches Feld, d. h.
eine von einer externen Vorrichtung angelegte Spannung, gesteuert.
Daher stützt
sich die Polarisationsumkehr nicht auf die Anstiegszeit der Spannung,
und es wird eine Spannungserfassungsschaltung realisiert, die ausreichend
leicht steuerbar ist. Im Ergebnis wird eine Resetschaltung realisiert,
die für
stabilen Betrieb sorgt.
- 2) Der Beginn der Ausgabe eines Resetsignals und die Aufschaltung
desselben können
relativ leicht unter Verwendung der Polarisationscharakteristik
des ferroelektrischen Kapazitätselements erfolgen.
- 3) Der anfängliche
Polarisationszustand des ferroelektrischen Kondensators kann durch
den Anfangspolarisationszustand-Einstellabschnitt leicht und wahlfrei
bestimmt werden.
- 4) Nachdem die Versorgungsspannung angestiegen ist, um das Resetsignal
aufzuschalten, kann der Polarisationszustand des ferroelektrischen Kapazitätselement
durch den Polarisationszustand-Initialisierungsabschnitt leicht
und automatisch in den anfänglichen
Polarisationszustand zurückgebracht
werden.
- 5) Die Polarisation des ferroelektrischen Kapazitätselements
wird auf einen Anstieg der Versorgungsspannung hin invertiert. Durch
Verwenden der zu diesem Zeitpunkt erzeugten Ladung kann ein Resetsignal
schnell und einfach erzeugt werden.
- 6) Die Spannungserfassungsschaltung kann unter Verwendung des
ferroelektrischen Kapazitätselements
einen einfachen Aufbau aufweisen.
- 7) Es kann ein Resetsignal-Ausgabeabschnitt mit einem Aufbau
realisiert werden, der für
eine Spannungserfassungsschaltung unter Verwendung des ferroelektrischen
Kapazitätselements geeignet
ist.
- 8) Es kann ein Resetsignal-Aufschaltabschnitt zum Aufschalten
des Resetsignals nach dem Beginn der Ausgabe desselben mit einfachem
Aufbau realisiert werden.
- 9) Es kann ein Anfangspolarisationszustand-Einstellabschnitt
mit einfachem Aufbau realisiert werden.
- 10) Es kann ein Polarisationszustand-Initialisierungsabschnitt
mit einfachem Aufbau realisiert werden.
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Eine Resetvorrichtung (oder ein Resetgerät) kann
leicht für
eine Halbleiter-IC-Vorrichtung verwendet werden.
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Eine Halbleiter-IC-Vorrichtung (oder
ein Bauteil) unter Verwendung einer Resetvorrichtung (oder eines
Resetgeräts)
kann leicht für
einen Halbleiterspeicher (oder ein Speicherbauteil) verwendet werden.