JP2005210675A - 温度検知可変周波数発生器 - Google Patents

温度検知可変周波数発生器 Download PDF

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昆輝 張
Yu-Chang Lin
玉▲しょう▼ 林
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Abstract


【課題】 従来の技術の制限と欠点による一つまたは複数の問題を未然に防ぐ装置と方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、定電圧に応じて定電流を提供する第一電流発生器、温度依存性電圧を提供する電圧発生器、および前記電圧発生器に接続され、前記温度依存性電圧に応じて可変電流を提供する第二電流発生器を含む電流を生成する回路を提供する。
【選択図】 図3A

Description

本発明は、電流を生成する回路に関し、特に、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)のリフレッシュ(refresh)とリストア(restore)動作のための温度依存性電流(temperature−dependent current)を生成する回路に関するものである。
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)は、メモリセルのアレイを含む記憶装置である。各メモリセルは、通常、アクセストランジスタと蓄積容量を含む。一般的には、高いロジック状態(e.g.ロジック“1”)は、蓄積容量を高電圧レベルに充電することによって蓄えられ、低いロジック状態(e.g.ロジック“0”)は、蓄積容量を低電圧レベルに充電することによって蓄えられる。メモリセルは、発揮性元素で、仮にメモリセルのアクセストランジスタがオフにされても漏電する。結果として、メモリセルは周期的に“リフレッシュ”され、そこに蓄えられるロジック状態を維持しなければならない。更に、メモリセルに蓄えられたロジック値は、読み取られた時に必然的に変る可能性がある。よって、後に続くアクセスのために、ロジック値を元の値に戻すリストア動作、またはライトバックサイクル(write−back cycle)が必要とされる。
従来の技術では、DRAM装置のリフレッシュまたはリストア動作のために、定電流を提供する。図1Aは、リフレッシュ動作の従来の技術の例を示している。図1Aに示すように、回路10は、定電流源12と発振器14とを含む。定電流源12は、p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ12−2と12−4によって形成された電流ミラー(番号非表示)を含み、n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ12−6は、定電圧Vでバイアスをかけたゲート(番号非表示)含む。各PMOSトランジスタ12−2と12−4は、電源(たとえばVDD)に接続した電極(番号非表示)を含む。発振器14は、比較器14−2、コンデンサ14−4および遅延素子14−6を含む。定電流源12によって提供された定電流Iは、コンデンサ14−4を充電し、比較器14−2の非反転端子Xの電圧レベルを上げる。端子X(V)の電圧レベルが比較器14−2の反転端子(番号非表示)の参考電圧レベルVREFを越える時、比較器14−2の出力端子Y(V)の電圧は、ロジック“1”になる。ロジック“1”値は、NMOSトランジスタ14−8のゲート(番号非表示)に伝送される前に、遅延素子14−6によって一時t遅延される。NMOSトランジスタ14−8がロジック“1”値によってオンにされた時、コンデンサ14−4は、大地に放電され、Vを接地レベルに低下させる。この時、Vは、ロジック“1”から ロジック“0”になり、よって、図1Bに示されるように、リフレッシュ動作のための一定時間tを提供する。発振器14は、定電流Iのために、一定周波数を提供する。
リフレッシュ動作を必要とする周波数は、温度に依って変ることが発見されている。例えば、メモリセルに行われるリフレッシュは、摂氏85度で100ミリセカンド(ms)毎で、摂氏25度で300ミリセカンド毎である。一定周波数を提供する従来の技術は、不必要な電流消費を招く。更に、リストア動作を必要とする周波数も温度に依って変ることが発見されている。一般的に言えば、メモリセルのリストア時間は、動作温度の下降に伴って増加する。よって、リフレッシュ動作の電力消費が最小限に抑えられ、リストア動作のリストア時間も減少できる回路を有することが望ましい。
したがって、本発明は、上記背景技術の限界と欠点による一つまたは複数の問題を未然に防ぐ装置と方法を提供することを目的とする。
上記の目的、またはその他の利点を達成するために、本発明は、定電圧に応じて定電流を提供する第一電流発生器と、温度依存性電圧を提供する電圧発生器と、前記電圧発生器に接続され、前記温度依存性電圧に応じて可変電流を提供する第二電流発生器と、を含む電流生成回路を提供する。
一形態において、前記電圧発生器は、温度依存性抵抗を有するレジスタを含む。
もう一つの形態において、前記電圧発生器は、電流源と、前記電流源に接続した温度依存性抵抗と、前記電流源および前記レジスタの間に位置した出力端子と、を含む。
また、本発明に基づくと、温度依存性電圧を提供する電圧発生器と、定電流を提供する前記電圧発生器の電流源と、温度依存性抵抗を有する前記電圧発生器のレジスタと、前記電流源および前記レジスタの間に位置した前記電圧発生器の出力端子と、前記出力端子に接続されたゲートを有するトランジスタと、を含み、前記電流発生器が、前記温度依存性電圧に応じて電流を提供するようになっている温度依存性電流生成回路が提供される。
更に、本発明に基づくと、定電圧に応じて第一電流を提供する第一電流発生器と、温度依存性電圧を提供する電圧発生器と、前記温度依存性電圧に応じて第二電流を提供する第二電流発生器と、前記第一電流および第二電流の合計に応じて周波数を提供する周波数発生器と、を含む記憶装置のリフレッシュサイクル提供回路が提供される。
更に、本発明に基づくと、第一状態および第二状態を有する入力信号と、定電圧を提供する第一電圧発生器と、前記入力信号の前記第一状態と前記定電圧に応じて第一電流を提供する第一電流発生器と、温度依存性電圧を提供する第二電圧発生器と、前記温度依存性電圧および前記入力信号の前記第一状態に応じて第二電流を提供する第二電流発生器と、を含む記憶装置のリストアサイクル提供回路が提供される。
更に、本発明に基づくと、定電圧を提供するステップと、前記定電圧に応じて第一電流を生成するステップと、温度依存性抵抗を提供するステップと、前記レジスタによって定電流を流すことによって温度依存電圧を生成するステップと、前記温度依存性電圧に応じて第二電流を生成するステップと、前記第一電流および第二電流の合計に応じて周波数を生成するステップと、を含む記憶装置のリフレッシュサイクル提供方法を提供する。
更に、本発明に基づくと、第一状態および第二状態を有する入力信号を提供するステップと、定電圧を提供するステップと、前記入力信号の前記第一状態および前記定電圧に応じて第一電流を生成するステップと、温度依存性抵抗を提供するステップと、前記レジスタを通して定電流を流すことによって温度依存電圧を生成するステップと、前記温度依存性電圧および前記入力信号の前記第一状態に応じて第二電流を生成するステップと、を含む記憶装置のリストアサイクル提供方法が提供される。
本発明によれば、リフレッシュ動作の電力消費が最小限に抑えられ、リストア動作のリストア時間も減少できる回路を有することができる。
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施例を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
図2は、本発明の一つの実施例に基づいた温度依存性電圧を提供する電圧発生器20である。図2に示すように、電圧発生器20は、電流源22と、レジスタ24と出力端子26とを含む。電流源22は、定電流Iを提供する。レジスタ24は、温度依存性抵抗を有し、電流源22と参考電圧(たとえば接地レベル)との間に接続される。一つの実施例では、レジスタ24の抵抗は、温度の増加に伴って上昇し、温度の下降に伴って減少する。よって、定電流Iがレジスタ24に流れた時、レジスタ24を経た電圧は温度依存性となる。出力端子26は、電流源22およびレジスタ24の間に位置され、温度依存性電圧を出力する。
電圧発生器20は、例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)などのメモリのリフレッシュおよびリストア動作に用いることができる。図3Aは、本発明の一つの実施例に基づいた記憶装置(非表示)のリフレッシュサイクル提供回路30である。図3Aに示すように、回路30は、第一電流発生器32、電圧発生器20、および第二電流発生器36を含む。第一電流発生器32は、p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ32−2および32−4によって形成された電流ミラー(番号非表示)と、n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ32−6とを含む。各PMOSトランジスタ32−2および32−4は、電源VDDに接続した電極(番号非表示)を含む。NMOSトランジスタ32−6は、電圧源(非表示)に接続したゲート(番号非表示)を含み、電圧源によって提供された定電圧Vでバイアスをかけられる。第一電流発生器32は、第一電流Iを提供する働きをする。第一電流Iは、定電流であり、その大きさは、定電圧Vによってあらかじめ決められる。
第二電流発生器36は、PMOSトランジスタ36−2および36−4によって形成された電流ミラー(番号非表示)を含む。NMOSトランジスタ36−6は、出力端子26に接続したゲート(番号非表示)を含み、電圧発生器20によって提供された電圧Vでバイアスをかけられる。第二電流発生器36は、電圧Vに応じて第二電流Iを提供する働きをする。第二電流Iは、可変電流であり、その大きさは、可変電圧Vによって決められる。
回路30は、更に第一電流Iと第二電流Iを受ける発振器38を含む。発振器38は、比較器38−2、38−4と遅延素子38−6とを含む。第一電流発生器32によって提供された第一電流Iと、第二電流発生器36によって提供された第二電流Iとは、発振器38に提供される前に加えられ、合計電流ISUMとなる。
動作においては、回路30が温度Tで動作する時、電流ISUMは、コンデンサ38−4を充電し、比較器38−2の非反転端子Mの電圧レベルを上昇させる。端子Mの電圧レベル(V)が比較器38−2の非反転端子の参考電圧レベルVREFを越える時、比較器38−2の出力端子Nの電圧レベル(V)は、高いロジック値(e.g.ロジック“1”)になる。ロジック“1”値は、NMOSトランジスタ38−8のゲート(番号非表示)に伝送される前に、遅延素子38−6によって時間tに遅延される。NMOSトランジスタ38−8がロジック“1”値によってオンにされた時、コンデンサ38−4は、大地に放電され、Vを接地レベルに低下させる。この時、Vは、ロジック“1”から 低いロジック値(たとえばロジック“0”)になり、よって、図3Bに示す一定時間Tを提供し、リフレッシュ動作をする。
回路30が温度Tから上昇した温度Tで動作する時、Iは、不変のままで、Iは、Vが増加するために増加する。公式に基づくと、Q=I×tであり、充電電流ISUM(I)が増加することから、コンデンサ38−4を既定の電荷量(Q)に充電するのに必要な時間(t)が減少される。結果として、発振器38は、温度Tの第二周波数より高い温度Tの第一周波数を生成する。一つの実施例では、第二電流Iは、既定温度より低い温度(たとえば摂氏20度)で電圧発生器20の電流源22のオフによって切られる。
図3Bは、図3Aに示された回路30の出力のタイミング図を示している。動作温度がTからTに上昇した時、ISUMもまた増加する。図3Bに示すように、コンデンサ38−4の充電および放電は、温度Tより温度Tの方が早い。すなわち、温度Tで生成される周波数は、温度Tで生成される周波数より高い。
図4Aは、本発明の他の実施例に基づいた記憶装置のリストアサイクル提供回路50である。図4Aに示すように、回路50は、入力信号INと、第一電流発生器(番号非表示)と、電圧発生器20と、第二電流発生器(番号非表示)とコンデンサ60とを含む。第一電流発生器は、PMOSトランジスタ52、第一NMOSトランジスタ54および第二NMOSトランジスタ56を含む。入力信号INは、変換器58を通してPMOSトランジスタ52のゲート(番号非表示)に接続される。変換器58の出力は、第一NMOSトランジスタ54のゲート(番号非表示)に接続される。コンデンサ60は、PMOSトランジスタ52のドレイン(番号非表示)に接続された一端を含み、もう一端は、参考電圧(たとえば接地)に接続される。
第二電流発生器は、第一NMOSトランジスタ74と、第二NMOSトランジスタ76とコンデンサ60とを含む。第一NMOSトランジスタ74は、変換器58の出力に接続されたゲート(番号非表示)を含む。第二NMOSトランジスタ76は、電圧発生器20の出力端子26に接続されたゲート(番号非表示)を含み、電圧発生器20によって提供された温度依存性電圧Vでバイアスをかけられる。
動作では、第一状態から第二状態(たとえばロジック“0”とロジック“1”)の入力信号INの上昇エッジでは、変換器58は、低いロジック値を出力し、PMOSトランジスタ52をオンにし、第一電流発生器の第一NMOSトランジスタ54と第二電流発生器の第一NMOSトランジスタ74とをオフにする。コンデンサ60は、PMOSトランジスタ52から電圧レベルVへの電流によって充電される。回路50は、NORゲート64を通して高いロジック値を出力し、出力を変換器66に提供する。
第二状態から第一状態の入力信号INの下降エッジでは、変換器58は、高いロジック値を出力し、PMOSトランジスタ52をオフにし、第一電流発生器の第一NMOSトランジスタ54と第二電流発生器の第一NMOSトランジスタ74とをオンにする。コンデンサ60は、一方では、レジスタ62と第一NMOSトランジスタ54と第二NMOSトランジスタ56とを通して、もう一方では、第一NMOSトランジスタ74と第二NMOSトランジスタ76とを通して大地に放電される。放電中、コンデンサ60から提供された電流ISUMは、第一電流発生器を流れる第一電流Iと、第二電流発生器を流れる第二電流Iとに分けられる。第二電流Iは、温度依存性電流であり、電圧Vの増加に伴って上昇する。コンデンサ60の電位(たとえばV)が低いロジック値に下がった時、回路50は、NORゲート64と変換器66とを通して低いロジック値を出力する。
図4Bは、図4Aに示された回路の出力のタイミング図を示している。図4Bに示すように、入力信号INの高いロジック状態(VIN)に応じて、コンデンサ60は、Vに充電され、回路50の出力(VOUT)は、高いロジックレベルになる。入力信号INの低いロジック状態(VIN)に応じて、コンデンサ60が大地に放電され、電流ISUMを提供し、Vが低いロジック状態より低く下がった時、VOUTは、低いロジックレベルになる。リストア時間とは、入力信号INの下降エッジからVが低いロジックレベルになった時の時間を示している。温度Tでリストア時間がtと仮定する。温度がTからTに上昇した時、ISUMは、Iの増加のために増加する。コンデンサ60は、温度Tより温度Tでの方で速く放電され、tからtへとリストア時間を減少することになる。
本発明はまた、記憶装置のリフレッシュサイクルを提供する方法を提供する。定電圧Vが提供される。第一電流Iは、定電圧Vに応じて生成され、温度依存性抵抗を有するレジスタ24が提供される。温度依存性電圧Vは、定電流Iをレジスタ24に流すことによって生成される。第二電流Iは、温度依存性電圧Vに応じて生成され、第一電流Iおよび第二電流Iの合計に基づいた周波数が生成される。
一つの実施例では、第二電流Iは、動作温度が既定点より低く下がった時、切られる。
本発明はまた、記憶装置のリストアサイクル提供方法を提供する。第一状態および第二状態を有する入力信号INが提供される。一つの実施例では、第一状態および第二状態は、それぞれ低いロジック状態と高いロジック状態とである。定電圧Vが提供される。第一電流Iは、入力信号INの第一状態と定電圧Vとに応じて生成される。温度依存性抵抗を有するレジスタ24が提供される。温度依存性電圧Vは、定電流Iをレジスタ24に流すことによって生成される。第二電流Iは、温度依存性電圧Vと入力信号INの第一状態に応じて生成される。
一つの実施例では、コンデンサ60は、入力信号INの第一状態に応じて放電される。
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
リフレッシュサイクルを提供する従来技術の例を示している。 図1Aに示された従来技術の出力のタイミング図を示している。 本発明の実施例に基づいた温度依存性電圧を提供する電圧発生器である。 本発明の実施例に基づいたリフレッシュサイクル提供回路である。 図3Aに示された回路の出力のタイミング図を示している。 本発明の実施例に基づいたリストアサイクルを提供する回路である。 図4Aに示された回路の出力のタイミング図を示している。
符号の説明
10 回路
12 定電流源
12−2 p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ
12−4 p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ
12−6 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
14 発振器
14−2 比較器
14−4 コンデンサ
14−6 遅延素子
14−8 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
20 電圧発生器
22 電流源
24 レジスタ
26 出力端子
30 回路
32 第一電流発生器
32−2 p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ
32−4 p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ
32−6 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
36 第二電流発生器
36−2 p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ
36−4 p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ
36−6 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
38 発振器
38−2 比較器
38−4 コンデンサ
38−6 遅延素子
38−8 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
50 回路
52 p型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスタ
54 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
56 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
58 変換器
60 コンデンサ
62 レジスタ
64 NORゲート
66 変換器
74 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ
76 n型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスタ

Claims (21)

  1. 定電圧に応じて定電流を提供する第一電流発生器と、
    温度依存性電圧を提供する電圧発生器と、
    前記電圧発生器に接続され、前記温度依存性電圧に応じて可変電流を提供する第二電流発生器と、を含む電流生成回路。
  2. 前記電圧発生器は、温度依存性抵抗を有するレジスタを含む請求項1に記載の回路。
  3. 温度依存性電圧を提供する電圧発生器と、
    定電流を提供する前記電圧発生器の電流源と、
    温度依存性抵抗を有する前記電圧発生器のレジスタと、
    前記電流源および前記レジスタの間に位置する前記電圧発生器の出力端子と、
    前記出力端子に接続されたゲートを有するトランジスタを持ち、前記温度依存性電圧に応じて電流を提供する電流発生器と、を含む温度依存性電流生成回路。
  4. 前記温度依存性抵抗は、動作温度の増加に伴って上昇し、動作温度の低下に伴って減少する請求項2または3に記載の回路。
  5. 定電圧に応じて第一電流を提供する第一電流発生器と、
    温度依存性電圧を提供する電圧発生器と、
    前記温度依存性電圧に応じて第二電流を提供する第二電流発生器と、
    前記第一電流および第二電流の合計に応じて周波数を提供する周波数発生器と、
    を含む記憶装置のリフレッシュサイクル提供回路。
  6. 前記電圧発生器は、電流源と、温度依存性抵抗を有するレジスタと、前記電流源および前記レジスタの間に接続した出力端子とを含む請求項1または5に記載の回路。
  7. 前記第二電流発生器は、前記出力端子に接続したゲートを有するトランジスタを含む請求項6に記載の回路。
  8. 前記第二電流は、既定温度でオフにされる請求項5〜7のいずれかに記載の回路。
  9. 前記周波数発生器は、比較器とコンデンサを含む請求項5〜8のいずれかに記載の回路。
  10. 第一状態および第二状態を有する入力信号と、
    定電圧を提供する第一電圧発生器と、
    前記入力信号の前記第一状態および前記定電圧に応じて第一電流を提供する第一電流発生器と、
    温度依存性電圧を提供する第二電圧発生器と、
    前記温度依存性電圧および前記入力信号の前記第一状態に応じて、第二電流を提供する第二電流発生器と、を含む記憶装置のリストアサイクル提供回路。
  11. 前記第一電流発生器は、前記入力信号の前記第二状態に応じて充電されるコンデンサを含む請求項10に記載の回路。
  12. 前記第一電流発生器は、前記定電圧でバイアスをかけられたゲートを有するトランジスタを含む請求項10または11に記載の回路。
  13. 前記第二電流発生器は、前記入力信号の前記第二状態に応じて充電されるコンデンサを含む請求項10〜12のいずれかに記載の回路。
  14. 前記第二電流発生器は、前記温度依存性電圧があるゲートを有するトランジスタを含む請求項10〜13のいずれかに記載の回路。
  15. 定電圧を提供するステップと、
    前記定電圧に応じて第一電流を生成するステップと、
    温度依存性抵抗のレジスタを提供するステップと、
    前記レジスタを通して定電流を流すことによって温度依存電圧を生成するステップと、
    前記温度依存性電圧に応じて第二電流を生成するステップと、
    前記第一電流および第二電流の合計に応じて周波数を生成するステップとを含む記憶装置のリフレッシュサイクル提供方法。
  16. 動作温度の増加に伴って前記温度依存性抵抗を上昇させるステップを更に含む請求項15に記載の方法。
  17. 温度が既定温度点以下に下がった時、前記第二電流をオフにするステップを更に含む請求項18に記載の方法。
  18. 第一状態および第二状態を有する入力信号を提供するステップと、
    定電圧を提供するステップと、
    前記入力信号の前記第一状態および前記定電圧に応じて第一電流を生成するステップと、
    温度依存性抵抗を提供するステップと、
    前記レジスタを通して定電流を流すことによって温度依存電圧を生成するステップと、
    前記温度依存性電圧と前記入力信号の前記第一状態とに応じて第二電流を生成するステップと、を含む記憶装置のリストアサイクル提供方法。
  19. 前記入力信号の前記第二状態に応じてコンデンサを充電するステップを更に含む請求項18に記載の方法。
  20. 前記定電圧で前記第一電流発生器のトランジスタにバイアスをかけるステップを更に含む請求項18または19に記載の方法。
  21. 前記温度依存性電圧で前記第一電流発生器のトランジスタにバイアスをかけるステップを更に含む請求項18〜20のいずれかに記載の方法。

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