DE69300024T2

DE69300024T2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Bezugsspannungen.

Info

Publication number: DE69300024T2
Application number: DE69300024T
Authority: DE
Inventors: Emilio Yero
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: EP0562916B1; US5331599A; FR2688952B1; EP0562916A1; DE69300024D1; FR2688952A1

Description

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von mehreren Bezugsspannungen in einer integrierten Schaltung, ausgehend von einer externen Spannungsquelle und einer Erzeugungsvorrichtung. Sie findet insbesondere bei den nichtflüchtigen Speichern Anwendung.
Zahlreiche integrierte Schaltungen benötigen intern mehrere Bezugsspannungen für Anwendungen mit geringem oder mit starkein Laststrom. Insbesondere benötigen nichtflüchtige Speicher zahlreiche Bezugsspannungen für Lese-, Test-, Programmier- oder Löschvorgänge. Um beispielsweise eine Flash- EPROM-Speicherzelle zu programmieren, muß man über eine sogenannten Programmierspannung Vpp von zwölf Volt auf dem Steuergate der Zelle, über eine auf den Drain der Zelle gegebene Bitleitungsspannung von sechs Volt und über eine Sourcespannung von null Volt verfügen. In einer Testbetriebsart hingegen ist dann die auf den Drain der Zelle gegebene Spannung nicht mehr 6, sondern 7 Volt. Es ist daher erforderlich, über diese beiden Bezugsspannungen zu verfügen.
Diese Erfordernisse zahlreicher Bezugsspannungen werden durch die vermehrte Sorge verstärkt, einerseits, die speicherzellen im Einsatz nicht überzubeanspruchen und auf sie jederzeit optimale Spannungen entsprechend jeder Zugriffsbetriebsart zu geben, und andererseits intern über sämtliche Testmittel zu verfügen.
Nun, es können nicht sämtliche Bezugsspannungen an den Versorgungsanschlüssen der Schaltung berücksichtigt werden: Die Viel zahl der externen Quellen wäre eine größere Unzulänglichkeit für den Benutzer und die Vielzahl der externen speziellen Versorgungsanschlüsse ist ein Hauptnachteil für den Hersteller, denn sie belastet die Kosten der Schaltungen. Es ist daher erforderlich, interne Lösungen für die Schaltung zu finden. Eine bekannte interne Lösung für Anwendungen mit geringem Strom ist die Ladungspumpe: Ausgehend von einer Nennspannung erhält man eine höhere Spannung durch Multiplikativeffekt. Abgesehen davon, daß diese Lösung nicht für Anwendungen mit hohem Strom paßt, werden um so mehr Ladungspumpen als interne Bezugsspannungen benötigt.
Bei der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die in der Lage ist, einen bestimmten Spannungspegel zur Auswahl unter mehreren möglichen anzugeben. Bei einer Verbesserung ist die abgegebene Bezugsspannung stabil, vom Laststrom der Schaltung unabhängig, auf die sie gegeben wird. Diese Vorrichtung gestattet es, durch logische Auswahl einer Schaltung den erforderlichen Satz von Bezugsspannungen zu liefern.
Bei der Erfindung werden Resistivbeziehungen in einer Kette von Widerständen ausgenutzt, um verschiedene Spannungspegel zu erhalten, und Transistoren, um eine stabile Bezugsspannung am Ausgang zu erhalten, abhängig von einem ausgewählten Resistivverhältnis.
So wie sie beansprucht ist, betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Bezugsspannungen, mit einer Erzeugungsstufe, umfassend:
- einen ersten Transistor, angeordnet zwischen einer positiven Spannungsquelle und einem Ausgang der Erzeugungsstufe, dessen Steuerelektrode auf ein erstes Potential polarisiert ist;
- wenigstens einen zweiten und einen dritten zum ersten Identischen, parallelen Transistor, deren Steuerelektrode jeweils auf ein entsprechendes Potential polarisiert ist und die in Reihe mit einem entsprechenden Schalttransistor zwischen dem Ausgang der Erzeugungsstufe und der Masse geschaltet sind;
- eine Kette von Widerständen in Reihe zwischen der positiven Spannungsquelle und der Masse, um die verschiedenen Potentiale zur Polarisation der Steuerelektroden der Transistoren abzugeben;
- logische Mittel, um auf einmal einen bestimmten einzigen Schalttransistor leitend zu machen, um am Ausgang der Erzeugungsstufe einen bestimmten Spannungspegel zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft auch einen nichtflüchtigen Speicher, der mit dieser Vorrichtung versehen ist. Vorteilhaft wird dann die Vorrichtung durch den Befehlsdekodierer des Speichers gesteuert, um einen bestimmten Ausgangsspannungspegel entsprechend einem dekodierten Befehl auszuwählen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden zu Beispielszwecken in der nachfolgenden und keinesfalls einschränkenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte einzige Figur gegeben, die eine Vorrichtung für Bezugsspannungen gemäß der Erfindung darstellt.
Die Vorrichtung für Bezugsspannungen gemäß der Erfindung umfaßt hauptsächlich eine Stufe zur Erzeugung einer Bezugsspannung an einem Ausgang 1.
Ein Transistor T1 ist zwischen einer positiven Spannungsquelle Vc und dem Ausgang 1 der Erzeugungsstufe geschaltet.
Ein Transistor T2 ist in Reihe mit einem Schalttransistor Tc1 zwischen dem Ausgang 1 und der Masse geschaltet.
Ein Transistor T3 ist in Reihe mit einem Schalttransistor Tc2 zwischen dem Ausgang 1 und der Masse geschaltet.
Die Steuerelektroden der Transistoren T1, T2 und T3 sind jeweils durch Potentiale polarisiert, die von einer Widerstandskette R1, R2, R3, R4 in Reihe zwischen der positiven Spannungsquelle Vc und der Masse ausgegeben werden. Im Beispiel der Figur ist R1 mit Vc und R4 mit der Masse verbunden. Die steuerelektrode des Transistors T1 ist mit der Verbindungsstelle zwischen R1 und R2 verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors T2 ist mit der Verbindungsstelle zwischen R2 und R3 verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors T3 ist mit der Verbindungsstelle zwischen R3 und R4 verbunden.
Die steuerelektroden der Schalttransistoren Tc1, Tc2 werden durch logische Signale S1, S2 gesteuert, die von einem logischen Schaltkreis 100 ausgegeben werden. Ein einziger der Schalttransistoren kann zugleich leitend sein. Im Beispiel ist entweder Tc1 leitend oder Tc2 ist leitend oder keiner ist leitend. Die Schalttransistoren haben einen beim Leiten sehr geringen Ersatzwiderstand. Man paßt sie einer offenen (Widerstand ) oder geschlossenen (Widerstand null) Schaltung an.
Die Funktion der Erzeugungsstufe ist nun die folgende:
Es sei angenommen, daß sich die logischen Signale S1 und S2 jeweils in einem logischen Zustand 1 und 0 befinden. Der Transistor Tc1 ist leitend und bringt den Drain des Transistors T2 auf Masse. Der Transistor Tc2 ist gesperrt und der Transistor T3 ist daher ebenso gesperrt.
Während die Source des Transistors T1 zur positiven Spannung Vc polarisiert ist, prägt dann das Polarisationspotential V1 der Steuerelektrode des Transistors T1 den Sättigungsbetrieb auf. Der Sättigungsstrom I läßt dann den Transistor T2 ebenfalls in den Sättigungsbetriebszustand gelangen, wobei die Steuerelektrode des Transistors T2 auf das Potential V2 polarisiert ist. Wobei die beiden Transistoren T1 und T2 identisch sind, ergibt sich daraus, daß das Gleichgewicht des sättigungsbetriebszustands für die beiden Transistoren mit derselben Steuerelektroden-source-Spannung zustandekommt.
Die Ausgangsspannung der Erzeugungsstufe leitet sich leicht ab.
Es gilt nämlich:
Die Gleichgewichtsgleichung schreibt sich:
V1 - Vs1 = V2 - Vs2, wobei Vs1 und Vs2 die Sourcepotentiale entsprechend den Transistoren T1 und T2 und V1, V2 ihre Steuerelektrodenpotentiale (auf sämtliche Potentiale wird bezüglich der Masse Bezug genommen) sind.
Es ist auch Vs1 = Vc und Vs2 = VOUT1 = Ausgangsspannung der Erzeugungsstufe, wenn T2 leitend und T3 gesperrt ist, woher
Es sei nun angenommen, daß sich die logischen Signale S1 und S2 jeweils in einem logischen Zustand 0 und 1 befinden. Der Transistor Tc2 ist leitend und bringt den Drain des Transistors T3 auf Masse. Der Transistor Tc1 ist gesperrt und der Transistor T2 ist daher ebenso gesperrt.
Auf gleiche Weise wie zuvor prägt dann der Transistor T1 seinen Sättigungsstrom auf, aber dieses Mal auf den Transistor T3, der in den Sättigungsbetriebszustand übergeht. Wobei die beiden Transistoren T1 und T3 identisch sind, ergibt sich hieraus, daß sich der Sättigungsbetriebszustand im Gleichgewicht für die beiden Transistoren mit derselben Steuerelektroden-Source-Spannung einstellt.
Die Ausgangsspannung der Erzeugungsstufe leitet sich leicht ab:
Es ist nämlich:
Die Gleichgewichtsgleichung schreibt sich:
V1 - Vs1 = V3 - Vs3, wobei Vs1 und Vs3 die Sourcepotentiale entsprechend den Transistoren T1 und T3 und V1, V3 ihre Steuerelektrodenpotentiale (es wird auf sämtliche Potentiale bezüglich der Nasse Bezug genommen) sind.
Es ist dann auch Vs1 = Vc und Vs3 = VOUT2 = Ausgangsspannung der Erzeugungsstufe, wenn T3 leitend und T2 gesperrt ist, woraus:
Für eine gegebene Spannung Vc hängen dann die Ausgangsspannungen lediglich von den Auswahlvorgängen der Widerstandswerte und den Resistivverhältnissen ab.
In einem numerischen Beispiel ist dann:
Vc = 12 Volt
R1 = 3 kX
R2 = 5 kX
R3 = 1 kX
R4 = 3 kX
V1 = 9 Volt
V2 = 4 Volt
V3 = 3 Volt
VOUT1 = 7 Volt
VOUT2 = 6 Volt
Bei einer Anwendung mit einem Flash-EPROM-Speicher ist dann die Drainspannung einer Zelle beim Programmieren VOUT2 (6 Volt) bei normaler Programmierung, während sie im Test VOUT1 (7 Volt) ist.
Allgemeiner, für einen nichtflüchtigen Speicher wird bei der Erfindung vorteilhaft vorgesehen, die Schalttransistoren Tc1, Tc2 durch einen Kreis zur Dekodierung der Instruktionen 200 zu steuern derart, daß der Spannungspegel entsprechend dem dekodierten Befehl ausgewählt wird: Lesen, Programmieren, Löschen, Test ... etc. Der Dekodierkreis nimmt wenigstens das Auswahlsignal des Speichers CE und das Lese/Schreib-Signal des Speichers/WE auf. Er nimmt allgemein sämtliche Signale S auf, die für das Identifizieren eines speziellen Vorgangs am Speicher erforderlich sind.
Bei einer Verbesserung der Erfindung wird eine Ausgangsstufe (in der einzigen Figur in Punktierung abgegrenzt) hinter der Erzeugungsstufe angeordnet, um die Ausgangsspannung durch Kompensation ihrer Änderungen durch den Laststrom zu stabilisieren.
Die Ausgangsstufe umfaßt vorzugsweise einen Transistor T4 mit großer Geometrie zum Führen eines starken Stroms. Er wird auf seiner Steuerelektrode durch den Ausgang 1 der Erzeugungsstufe gesteuert und ist zwischen der Spannungsquelle Vc und dem Ausgang 2 der Ausgangsstufe angeschlossen.
Die Ausgangsstufe umfaßt außerdem drei Transistoren T5, T6 und T7, die mit dem Transistor T1 einen Stromspiegel bilden.
Die Transistoren T5 und T6 sind in Reihe zwischen der positiven Spannungsquelle Vc und dem Ausgang 2 der Vorrichtung angeordnet. Der Transistor T7 ist in Reihe mit dem Transistor T1 zwischen dem Ausgang 1 der Erzeugungsstufe und den anderen Transistoren T2, T3 dieser Stufe angeordnet. Der Transistor T5 ist mit T1 identisch. Die Transistoren T6 und T7 sind identisch, vom Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu demjenigen der Transistoren T1, T5. Im Beispiel sind die Transistoren T1 und T5 vom P-Typ und die Transistoren T6 und T7 vom N-Typ.
Die steuerelektroden der Transistoren T6 und T7 sind zusammen und mit dem Drain des Transistors T6 verbunden. Die steuerelektroden des Transistors T5 und T1 sind zusammen verbunden.
Das Ausgangssignal der Ausgangsstufe wird im Beispiel der Figur durch den gemeinsamen Knotenpunkt 2 auf die Sources der Transistoren T6 und T4 gegeben.
Wobei die Transistoren T1 und T5 identisch und auf dieselbe Weise polarisiert sind, befindet sich der Transistor T5 ebenfalls im Sättigungsbetriebszustand und prägt seinen Sättigungsstrom gleich dem Sättigungsstrom des Transistors T1 dem Transistor T6 auf.
Da die Transistoren T7 und T6 identisch sind, wie die Transistoren T1, T5, T7, T6 einen Stromspiegel bilden und wie die Transistoren T1 und T7 denselben Sättigungsstrom aufprägen, findet man die Bezugsspannung des Ausgangs 1 der Erzeugungsstufe auf dem Drain des Transistors T6 wieder. Da bei dem Transistor T6 die steuerelektrode und der Drain zusammen verbunden sind, befindet er sich in Sättigung und der Potentialabfall zwischen Steuerelektrode und Source des Transistors T6 ist gleich der Steuerelektroden-Source-Spannung des Transistors T7. Man findet daher die Spannung der Erzeugungsstufe auf dem Ausgang 2 der Ausgangsstufe wieder.
Wenn die Spannung am Ausgang 2 der Vorrichtung auf eine Anwendungsschaltung 300 gegeben wird, kann sich die Spannung am Ausgang 2 aufgrund einer zu großen stromanforderung der Schaltung 300 verringern. Die Spannung am Drain des Transistors T6 und daher auch die Spannung der steuerelektrode des Transistors T7 nimmt dann ab. Der Transistor T7 läßt dann weniger Strom durch. Da sich der Transistor T1 im Sättigungsbetriebszustand befindet, ist der Sättigungsstrom festgelegt.
Aus diesem Grund nimmt dann die Ausgangsspannung der Erzeugungsstufe zu, um den Stromabfall im Transistor T7 zu kompensieren. Die Steuerelektrodenspannung des Transistors T4 nimmt daher zu und der letztere führt mehr Strom: die Spannung am Ausgang 2 der Ausgangsstufe steigt dann wieder an. Die Transistoren T4, T5, T6 und T7 bilden daher mit dem Transistor T1 eine Rückkopplungsschleife, die es gestattet, die Spannung am Ausgang durch Laststromkompensationen bei zubehalten.
Die beschriebene Erzeugungsvorrichtung kann leicht geändert werden, um mehr als zwei Ausgangsspannungspegel zu erhalten: Es reicht demzufolge aus, die Zahl der Transistoren in Reihe mit einem Schalttransistor (T2, Tc1; T3, Tc2; T4, Tc3; etc.) zu erhöhen und eine geeignete Kette von Widerständen zu wählen, um die gewünschten Spannungspegel zu erhalten.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Bezugsspannungen, aufweisend eine Erzeugungsstufe, umfassend:

- einen ersten Transistor (T1), angeordnet zwischen einer positiven Spannungsquelle (Vc) und einem Ausgang (1) der Erzeugungsstufe, dessen steuerelektrode auf ein erstes Potential (V1) polarisiert ist;

- wenigstens einen zweiten (T2) und einen dritten (T3) zum ersten (T1) identischen, parallelen Transistor, deren steuerelektrode jeweils auf ein entsprechendes Potential (V2 und V3) polarisiert ist und die in Reihe mit einem entsprechenden Schalttransistor zwischen dem Ausgang (1) der Erzeugungsstufe und der Masse geschaltet sind;

- eine Kette von Widerständen in Reihe (R1 bis R4) zwischen der positiven Spannungsquelle (Vc) und der Masse, um die verschiedenen Potentiale (V1, V2, V3) zur Polarisation der steuerelektroden der Transistoren abzugeben;

- logische Mittel (100), um auf einmal einen bestimmten einzigen Schalttransistor leitend zu machen, um am Ausgang (1) der Erzeugungsstufe einen bestimmten spannungspegel zu erzeugen.

2. Vorrichtung zur Erzeugung von Bezugsspannungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Ausgangsstufe umfaßt, aufweisend:

- einen vierten Transistor (T4), geeignet zum Führen eines starken Stroms, der an seiner steuerelektrode durch den Ausgang (1) der Erzeugungsstufe gesteuert ist und zwischen der positiven Spannungsquelle (Vc) und einem Ausgang (2) der Vorrichtung angeschlossen ist;

- einen fünften (T5) und einen sechsten (T6) Transistor in Reihe zwischen der positiven Spannungsquelle (Vc) und dem Ausgang (2) der Vorrichtung, wobei eine Leitungselektrode des sechsten Transistors (T6) mit seiner Steuerelektrode und eine andere mit dem Ausgang der Vorrichtung verbunden ist;

- einen siebten Transistor (T7) in Reihe zwischen dem ersten Transistor (T1) und den weiteren Transistoren (T2, T3) der Erzeugungsstufe;

wobei der erste Transistor (T1) und der fünfte Transistor (T5) identisch sind und ihre Steuerelektroden miteinander verbunden sind, wobei der sechste (T6) und der siebte (T7) Transistor identisch sind, wobei ihre Steuerelektroden miteinander verbunden sind, und sie vom Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu demjenigen des ersten und fünften Transistors sind.

3. Elektrisch programmierbarer Speicher, umfassend eine Vorrichtung zur Erzeugung von Bezugsspannungen nach Anspruch 1 oder 2.

4. Elektrisch programmierbarer Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Mittel (100) zum Leitendmachen eines gegebenen schalttransistors durch Mittel zur Dekodierung der Instruktionen (200) gesteuert sind, um einen bestimmten Spannungspegel abhängig von einem dekodierten Befehl auszuwählen.