JP2010160700A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基準電圧発生回路を有する半導体装置において、電源投入の際に速やかに基準電圧値に到達する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置100は、基準電圧発生回路であるバンドギャップ基準回路101と、バンドギャップ基準回路101の出力端子に接続された電源電流供給回路201とを有する。電源電流供給回路201は、バンドギャップ基準回路101の出力端子の電圧レベルが基準電圧に到達するまでの間、出力端子の電圧レベルに対応して、電源電圧の上昇に応じ電源電流をバンドギャップ基準回路101の出力端子へ供給することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】半導体装置100は、基準電圧発生回路であるバンドギャップ基準回路101と、バンドギャップ基準回路101の出力端子に接続された電源電流供給回路201とを有する。電源電流供給回路201は、バンドギャップ基準回路101の出力端子の電圧レベルが基準電圧に到達するまでの間、出力端子の電圧レベルに対応して、電源電圧の上昇に応じ電源電流をバンドギャップ基準回路101の出力端子へ供給することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、基準電圧発生回路を有する半導体装置に関する。
DRAM(Dynamic Random Access Memory)に代表される半導体装置においては、電源電圧降圧回路を有し、センスアンプ等の内部回路を降圧された電圧により動作させることが一般的に行われている。
かかる電源電圧降圧回路には、基準電圧が必要であり、この基準電圧を発生させる回路が基準電圧発生回路である。
基準電圧発生回路は、バンドギャップ基準(Bandgap Reference)回路が広く用いられており、電源電圧依存や温度依存を持たない基準電圧を発生する。
また、安定した基準電圧供給のためには、電源電圧(VDD)の立ち上がりに合わせて、基準電圧も速やかに立ち上がる必要がある。
しかしながら、バンドギャップ基準回路は、定常状態における消費電流を下げるために、回路を構成する増幅器及び出力トランジスタの駆動能力を低くしているため、基準電圧の立ち上がりが遅いという問題があった。
また、バンドギャップ基準回路は、電源電圧が上昇し、所定の電源電圧に達した場合においても、基準電圧が0Vで安定してしまうという、いわゆる起動不良の問題もあった。
これらの問題を解決するための技術として、例えば、特許文献1において開示されている技術がある。
かかる電源電圧降圧回路には、基準電圧が必要であり、この基準電圧を発生させる回路が基準電圧発生回路である。
基準電圧発生回路は、バンドギャップ基準(Bandgap Reference)回路が広く用いられており、電源電圧依存や温度依存を持たない基準電圧を発生する。
また、安定した基準電圧供給のためには、電源電圧(VDD)の立ち上がりに合わせて、基準電圧も速やかに立ち上がる必要がある。
しかしながら、バンドギャップ基準回路は、定常状態における消費電流を下げるために、回路を構成する増幅器及び出力トランジスタの駆動能力を低くしているため、基準電圧の立ち上がりが遅いという問題があった。
また、バンドギャップ基準回路は、電源電圧が上昇し、所定の電源電圧に達した場合においても、基準電圧が0Vで安定してしまうという、いわゆる起動不良の問題もあった。
これらの問題を解決するための技術として、例えば、特許文献1において開示されている技術がある。
特許文献1で開示されている基準電圧発生回路は、負帰還回路を有しており、この負帰還回路の出力信号により制御された基準電圧を発生する回路である。
しかし、負帰還回路は、かかる回路を構成するトランジスタが多く、レイアウト面積が増大するという問題があった。また、いわゆるパワーオンリセット信号を必要とするため、基準電圧発生回路以外の回路動作の影響を受け、電源電圧昇圧時の制御が困難であるという問題もあった。
しかし、負帰還回路は、かかる回路を構成するトランジスタが多く、レイアウト面積が増大するという問題があった。また、いわゆるパワーオンリセット信号を必要とするため、基準電圧発生回路以外の回路動作の影響を受け、電源電圧昇圧時の制御が困難であるという問題もあった。
本発明は、基準電圧発生回路と、基準電圧発生回路の出力端子に接続された電源電流供給回路とを有し、電源電流供給回路は、出力端子の電圧レベルに対応して、出力端子へ電源電流を供給することを特徴とする半導体装置である。
この発明によれば、電源電流供給回路は、基準電圧発生回路の出力端子の電圧レベルに対応して、基準電圧が所定のレベルに到達するまでの間電流を供給することとした。
そのため、パワーオンリセット信号のような基準電圧発生回路以外の回路から入力信号が入力されず、電源電圧昇圧時の制御が容易になる。
また、負帰還回路のような多数のトランジスタを必要とせず、レイアウト面積の小さい半導体装置を提供できる。
そのため、パワーオンリセット信号のような基準電圧発生回路以外の回路から入力信号が入力されず、電源電圧昇圧時の制御が容易になる。
また、負帰還回路のような多数のトランジスタを必要とせず、レイアウト面積の小さい半導体装置を提供できる。
(第1実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の回路構成図である。
図1において、半導体装置100は、バンドギャップ基準回路101と電源電流供給回路201から構成されている。
バンドギャップ基準回路101は、差動増幅器102、Pチャネル型MOSトランジスタ103(P Channel Metal Oxide Semiconductor Transistor)、抵抗素子R1〜R3、ダイオード素子D1及びn個並列接続されたダイオード素子D2から構成されている。
基準電圧VREFが発生される出力端子と接地端子の間に、抵抗素子R1とダイオード素子D1が直列接続され、両者の共通ノードが差動増幅器102の負電圧入力端子に接続される。
また、抵抗素子R2、抵抗素子R3及びダイオード素子D2が、この順に出力端子と接地端子の間に直列接続され、抵抗素子R2と抵抗素子R3の共通ノードが、差動増幅器102の正電圧入力端子に接続される。
差動増幅器102の出力信号は、Pチャネル型MOSトランジスタ103のゲート端子へ入力される。また、Pチャネル型MOSトランジスタ103のソース端子は電源電圧VDDが供給される電源端子へ、ドレイン端子はバンドギャップ基準回路101の出力端子へと接続される。
バンドギャップ基準回路101は、このような構成により、シリコンのバンドギャップ値1.205Vとほぼ等しい電圧を発生する回路である。
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の回路構成図である。
図1において、半導体装置100は、バンドギャップ基準回路101と電源電流供給回路201から構成されている。
バンドギャップ基準回路101は、差動増幅器102、Pチャネル型MOSトランジスタ103(P Channel Metal Oxide Semiconductor Transistor)、抵抗素子R1〜R3、ダイオード素子D1及びn個並列接続されたダイオード素子D2から構成されている。
基準電圧VREFが発生される出力端子と接地端子の間に、抵抗素子R1とダイオード素子D1が直列接続され、両者の共通ノードが差動増幅器102の負電圧入力端子に接続される。
また、抵抗素子R2、抵抗素子R3及びダイオード素子D2が、この順に出力端子と接地端子の間に直列接続され、抵抗素子R2と抵抗素子R3の共通ノードが、差動増幅器102の正電圧入力端子に接続される。
差動増幅器102の出力信号は、Pチャネル型MOSトランジスタ103のゲート端子へ入力される。また、Pチャネル型MOSトランジスタ103のソース端子は電源電圧VDDが供給される電源端子へ、ドレイン端子はバンドギャップ基準回路101の出力端子へと接続される。
バンドギャップ基準回路101は、このような構成により、シリコンのバンドギャップ値1.205Vとほぼ等しい電圧を発生する回路である。
また、図1において、電源電流供給回路201は、Pチャネル型MOSトランジスタ202により構成される。
Pチャネル型MOSトランジスタ202のソース端子は電源電圧VDDが供給される電源端子へ、ゲート端子及びドレイン端子はバンドギャップ基準回路101の出力端子へ接続される。
Pチャネル型MOSトランジスタ202のソース端子は電源電圧VDDが供給される電源端子へ、ゲート端子及びドレイン端子はバンドギャップ基準回路101の出力端子へ接続される。
次に、半導体装置100の電源電圧投入時における基準電圧VREFの時間依存について、図2の模式図を用いて説明する。
説明においては、Pチャネル型MOSトランジスタ202の閾値電圧の絶対値をVTとし、電源電圧VDDは電源投入後電圧V1に到達するまで上昇し、基準電圧VREFは電圧V2に到達し、VT≧V1−V2であると仮定する。
なお、V2は、バンドギャップ基準回路101により決まる電圧値である。
説明においては、Pチャネル型MOSトランジスタ202の閾値電圧の絶対値をVTとし、電源電圧VDDは電源投入後電圧V1に到達するまで上昇し、基準電圧VREFは電圧V2に到達し、VT≧V1−V2であると仮定する。
なお、V2は、バンドギャップ基準回路101により決まる電圧値である。
図2は、VDDは電源電圧VDDの時間依存を、VREFは基準電圧VREFの時間依存を、それぞれ模式的に示している。
また、後に行う比較のため、上述の電源電流供給回路201がない場合のバンドギャップ基準回路101の出力電圧の時間依存を、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRとして示している。
また、後に行う比較のため、上述の電源電流供給回路201がない場合のバンドギャップ基準回路101の出力電圧の時間依存を、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRとして示している。
まず、時刻t0において、電源が投入されると、電源電圧VDDが上昇し始める。
次に、時刻t1において、電源電圧VDDと基準電圧VREFの電圧差がPチャネル型MOSトランジスタ202のVTを超えると、Pチャネル型MOSトランジスタ202はオンする。
これにより、基準電圧VREFも、電源電圧VDDからVTだけ低い関係を保ちながら、上昇する。
基準電圧VREFの電圧上昇の際の時間依存(図2における基準電圧VREFの傾き)は、Pチャネル型MOSトランジスタ202のソース,ドレイン間電圧が徐々に小さくなることによりVTが大きくなるため、電源電圧VDDの時間依存と比較して小さい。
なお、時刻t1においては、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRは、差動増幅器102等の動作が開始しないため、0Vである。
次に、時刻t1において、電源電圧VDDと基準電圧VREFの電圧差がPチャネル型MOSトランジスタ202のVTを超えると、Pチャネル型MOSトランジスタ202はオンする。
これにより、基準電圧VREFも、電源電圧VDDからVTだけ低い関係を保ちながら、上昇する。
基準電圧VREFの電圧上昇の際の時間依存(図2における基準電圧VREFの傾き)は、Pチャネル型MOSトランジスタ202のソース,ドレイン間電圧が徐々に小さくなることによりVTが大きくなるため、電源電圧VDDの時間依存と比較して小さい。
なお、時刻t1においては、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRは、差動増幅器102等の動作が開始しないため、0Vである。
バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRは、時刻t1より遅れた時刻t2から上昇し始める。
ここで、バンドギャップ基準回路101は、定常状態における消費電流を下げるために、差動増幅器102及びPチャネル型MOSトランジスタ103の駆動能力を低くしている。
従って、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRの時間依存は、基準電圧VREFの時間依存に比べて小さい。
ここで、バンドギャップ基準回路101は、定常状態における消費電流を下げるために、差動増幅器102及びPチャネル型MOSトランジスタ103の駆動能力を低くしている。
従って、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRの時間依存は、基準電圧VREFの時間依存に比べて小さい。
その後、時刻t3において電源電圧VDDが所定の電圧値V1に到達するが、バンドギャップ基準回路101の出力端子は電源電流供給回路201及びバンドギャップ基準回路101の両方から電流を供給されるので、基準電圧VREFは上昇を続ける。
なお、時刻t2以降において、基準電圧VREFの電圧上昇は、電源電流供給回路201、すなわちPチャネル型MOSトランジスタ202に拠るところが大きい。
なお、時刻t2以降において、基準電圧VREFの電圧上昇は、電源電流供給回路201、すなわちPチャネル型MOSトランジスタ202に拠るところが大きい。
時刻t4において、基準電圧VREFが、予め設定した電圧、すなわち電源電圧VDDの値V1からVTだけ低い電圧(V1−VT)となる。
時刻t4以降において、Pチャネル型MOSトランジスタ202は、ゲートとソースの間の電圧がVT以下となりオフする。これにより、Pチャネル型MOSトランジスタ202は、出力端子へと微小な電流を供給する。
すなわち、時刻t4以降において、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にバンドギャップ基準回路101により上昇される。
時刻t4以降において、Pチャネル型MOSトランジスタ202は、ゲートとソースの間の電圧がVT以下となりオフする。これにより、Pチャネル型MOSトランジスタ202は、出力端子へと微小な電流を供給する。
すなわち、時刻t4以降において、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にバンドギャップ基準回路101により上昇される。
時刻t5において、基準電圧VREFは所定の電圧V2に到達する。
なお、時刻t4とt5の間における基準電圧VREFの時間依存は、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRの時間依存とほぼ同じである。
一方、電源電流供給回路201がない場合のバンドギャップ基準回路出力電圧VBGRは、時刻t5より後の時刻t6にようやくV2へ到達する。
なお、時刻t4とt5の間における基準電圧VREFの時間依存は、バンドギャップ基準回路出力電圧VBGRの時間依存とほぼ同じである。
一方、電源電流供給回路201がない場合のバンドギャップ基準回路出力電圧VBGRは、時刻t5より後の時刻t6にようやくV2へ到達する。
このように、本実施形態による半導体装置(半導体装置100)は、基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)と、基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)の出力端子に接続された電源電流供給回路(電源電流供給回路201)とを有し、電源電流供給回路(電源電流供給回路201)は、出力端子の電圧レベル(基準電圧VREF)に対応して、出力端子へ電源電流を供給することを特徴とする半導体装置(半導体装置100)である。
これにより、電源電流供給回路(電源電流供給回路201)は、基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)の出力端子の電圧レベルに対応して電源電流を出力端子へ供給するので、例えばパワーオンリセット信号のような基準電圧発生回路以外の回路から入力信号を必要とせず、電源投入時の制御が容易になる。
また、電源電流供給回路(電源電流供給回路201)は、負帰還回路のような多数のトランジスタを必要とせず、例えばPチャネル型MOSトランジスタ202のみにより構成できるので、レイアウト面積の小さい半導体装置を提供できる。
また、電源電流供給回路(電源電流供給回路201)は、負帰還回路のような多数のトランジスタを必要とせず、例えばPチャネル型MOSトランジスタ202のみにより構成できるので、レイアウト面積の小さい半導体装置を提供できる。
また、電源電流供給回路201は、Nチャネル型MOSトランジスタのみよっても構成できる。
かかる場合において、Nチャネル型MOSトランジスタのゲート端子及びドレイン端子を電源端子へ接続し、ソース端子をバンドギャップ基準回路101の出力端子へ接続することにより、Nチャネル型MOSトランジスタのみによって構成される電源電流供給回路201を実現できる。
かかる場合において、Nチャネル型MOSトランジスタのゲート端子及びドレイン端子を電源端子へ接続し、ソース端子をバンドギャップ基準回路101の出力端子へ接続することにより、Nチャネル型MOSトランジスタのみによって構成される電源電流供給回路201を実現できる。
すなわち、Nチャネル型MOSトランジスタの閾値電圧を、上述のPチャネル型MOSトランジスタの閾値電圧と同じくVTとした場合、電圧レベルが所定の電圧(V1−VT)に到達するまで(図2における時刻t4まで)は、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にNチャネル型MOSトランジスタにより上昇される。
その後、Nチャネル型MOSトランジスタは、ゲート・ソース間電圧がVT以下となりオフするので、Nチャネル型MOSトランジスタが出力端子へと供給する電流は微小な電流となる。
すなわち、Nチャネル型MOSトランジスタがオフした後、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にバンドギャップ基準回路101により上昇され、予め設定された基準電圧VREF(図2におけるV2)へ到達する。
その後、Nチャネル型MOSトランジスタは、ゲート・ソース間電圧がVT以下となりオフするので、Nチャネル型MOSトランジスタが出力端子へと供給する電流は微小な電流となる。
すなわち、Nチャネル型MOSトランジスタがオフした後、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にバンドギャップ基準回路101により上昇され、予め設定された基準電圧VREF(図2におけるV2)へ到達する。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る半導体装置100の回路構成図である。
なお、図3においては、図1と同様な構成については同一の符号を付している。
図1における半導体装置100と相違する点は、電源電流供給回路201を構成する素子を、上述のPチャネル型MOSトランジスタ202からダイオード素子203へと変えた点である。
図3において、ダイオード素子203のアノード端子は電源端子へ、カソード端子はバンドギャップ基準回路の出力端子へ接続される。
ダイオード素子203は、一般には、半導体装置の製造においてバンドギャップ基準回路におけるダイオード素子D1、D2と同時に形成される素子であり、特別な製造工程を必要とするものではない。すなわち、半導体装置の製造工程においてシリコンウエハー上に形成されるP型拡散層とN型拡散層を接合させて形成される素子である。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る半導体装置100の回路構成図である。
なお、図3においては、図1と同様な構成については同一の符号を付している。
図1における半導体装置100と相違する点は、電源電流供給回路201を構成する素子を、上述のPチャネル型MOSトランジスタ202からダイオード素子203へと変えた点である。
図3において、ダイオード素子203のアノード端子は電源端子へ、カソード端子はバンドギャップ基準回路の出力端子へ接続される。
ダイオード素子203は、一般には、半導体装置の製造においてバンドギャップ基準回路におけるダイオード素子D1、D2と同時に形成される素子であり、特別な製造工程を必要とするものではない。すなわち、半導体装置の製造工程においてシリコンウエハー上に形成されるP型拡散層とN型拡散層を接合させて形成される素子である。
ダイオード素子203の順方向オン電圧(拡散電圧)をVFとすれば、上述の第1実施形態におけるVTをVFとした説明が、そのまま本実施形態に係る半導体装置についてもあてはまる。
すなわち、基準電圧VREFの電圧レベルが(V1−VF)に到達するまで(図2における時刻t4まで)は、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にダイオード素子203により上昇される。
その後、ダイオード素子203は、アノード・カソード間電圧がVF以下となりオフするので、ダイオード素子203が出力端子へと供給する電流は微小な電流となる。
すなわち、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にバンドギャップ基準回路101により上昇され、バンドギャップ基準回路で決まる基準電圧VREFへ到達する。
すなわち、基準電圧VREFの電圧レベルが(V1−VF)に到達するまで(図2における時刻t4まで)は、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にダイオード素子203により上昇される。
その後、ダイオード素子203は、アノード・カソード間電圧がVF以下となりオフするので、ダイオード素子203が出力端子へと供給する電流は微小な電流となる。
すなわち、基準電圧VREFの電圧レベルは、主にバンドギャップ基準回路101により上昇され、バンドギャップ基準回路で決まる基準電圧VREFへ到達する。
本実施形態によれば、電源電流供給回路201をダイオード素子203で構成したため、トランジスタで構成するのに比べて、ゲート長ばらつきやVT調整用チャネル注入工程における不純物ばらつきなどの製造工程起因の特性ばらつきの影響を受けにくくなる。
すなわち、本発明の実施形態に係る半導体装置によれば、上述の説明における(V1−VF)の値がほぼ一定となり、基準電圧VREFがV2に到達する時刻t5もほぼ一定になる。
従って、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果を維持しつつ、更に基準電圧VREFがV2に到達するまでの時間が半導体装置の製造工程に起因する素子ばらつきの影響を受けにくくなるという効果を奏する。
すなわち、本発明の実施形態に係る半導体装置によれば、上述の説明における(V1−VF)の値がほぼ一定となり、基準電圧VREFがV2に到達する時刻t5もほぼ一定になる。
従って、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果を維持しつつ、更に基準電圧VREFがV2に到達するまでの時間が半導体装置の製造工程に起因する素子ばらつきの影響を受けにくくなるという効果を奏する。
なお、上述の説明においては、電源電流供給回路201をMOSトランジスタまたはダイオード素子それぞれ1素子により構成することとしたが、これらを適宜組み合わせて構成してもよい。
例えば、これらの素子を電源電圧VDDが供給される電源端子とバンドギャップ基準回路101の間に並列に複数接続する構成をとってもよい。
また、各素子のVTまたはVF、及び電源電圧VDDの電圧レベルによっては、各素子を電源電圧VDDが供給される電源端子とバンドギャップ基準回路101の間に直列に複数接続する構成としてもよい。
例えば、これらの素子を電源電圧VDDが供給される電源端子とバンドギャップ基準回路101の間に並列に複数接続する構成をとってもよい。
また、各素子のVTまたはVF、及び電源電圧VDDの電圧レベルによっては、各素子を電源電圧VDDが供給される電源端子とバンドギャップ基準回路101の間に直列に複数接続する構成としてもよい。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図4は、上述の基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)及び電源電流供給回路201を備えた半導体装置300の回路構成図である。
なお、図4においては、図3と同様な構成については同一の符号を付している。
図4における半導体装置300は、バンドギャップ基準回路101、電源電流供給回路201、電源電圧降圧回路301から構成される。
電源電圧降圧回路301は、差動増幅器302、Pチャネル型MOSトランジスタ303、抵抗素子R4及び抵抗素子R5から構成される。
降圧電圧VINTが発生される出力端子と接地端子の間に、抵抗素子R4と抵抗素子R5が直列接続され、両者の共通ノードが差動増幅器302の正電圧入力端子に接続され、共通ノードの電圧Vaが入力される。
また、バンドギャップ基準回路101の出力端子が、差動増幅器302の負電圧入力端子に接続され、基準電圧VREFが入力される。なお、バンドギャップ基準回路101の出力端子には、電源電流供給回路201が接続される。
差動増幅器302の出力信号は、Pチャネル型MOSトランジスタ303のゲート端子へ入力される。
また、Pチャネル型MOSトランジスタ303のソース端子は電源電圧VDDが供給される電源端子へ、ドレイン端子は電源電圧降圧回路301の出力端子へと接続される。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図4は、上述の基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)及び電源電流供給回路201を備えた半導体装置300の回路構成図である。
なお、図4においては、図3と同様な構成については同一の符号を付している。
図4における半導体装置300は、バンドギャップ基準回路101、電源電流供給回路201、電源電圧降圧回路301から構成される。
電源電圧降圧回路301は、差動増幅器302、Pチャネル型MOSトランジスタ303、抵抗素子R4及び抵抗素子R5から構成される。
降圧電圧VINTが発生される出力端子と接地端子の間に、抵抗素子R4と抵抗素子R5が直列接続され、両者の共通ノードが差動増幅器302の正電圧入力端子に接続され、共通ノードの電圧Vaが入力される。
また、バンドギャップ基準回路101の出力端子が、差動増幅器302の負電圧入力端子に接続され、基準電圧VREFが入力される。なお、バンドギャップ基準回路101の出力端子には、電源電流供給回路201が接続される。
差動増幅器302の出力信号は、Pチャネル型MOSトランジスタ303のゲート端子へ入力される。
また、Pチャネル型MOSトランジスタ303のソース端子は電源電圧VDDが供給される電源端子へ、ドレイン端子は電源電圧降圧回路301の出力端子へと接続される。
電源電圧降圧回路301は、このような帰還ループ構成により、電源電圧VDDに依存しない降圧電圧VINTを発生し、負荷回路L1へ電流を供給し降圧電圧VINTまで充電する回路である。
なお、図4においては、Pチャネル型MOSトランジスタ303のソース端子が接続される電源端子に供給される電圧を、基準電圧発生回路及び電源電流供給回路と同じ電源電圧VDDとしたが、必ずしも同一である必要はなく、異なる電源電圧であってもよい。
なお、図4においては、Pチャネル型MOSトランジスタ303のソース端子が接続される電源端子に供給される電圧を、基準電圧発生回路及び電源電流供給回路と同じ電源電圧VDDとしたが、必ずしも同一である必要はなく、異なる電源電圧であってもよい。
このように、本実施形態による半導体装置(半導体装置300)は、基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)と、基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)の出力端子に接続された電源電流供給回路(電源電流供給回路201)と、基準電圧(基準電圧VREF)に応じて電源電圧(電源電圧VDD)を降圧して内部電源電圧(降圧電圧VINT)を発生する電源電圧降圧回路(電源電圧降圧回路301)を有し、電源電流供給回路(電源電流供給回路201)は、出力端子の電圧レベル(基準電圧VREF)に対応して、出力端子へ電源電流を供給することを特徴とする半導体装置である。
これにより、電源投入時において、電源電圧降圧回路301に入力される基準電圧VREFが、従来に比較して短い時間で所定の電圧(V2)に到達する。
従って、電源電圧降圧回路301は、上述の負荷回路L1を、従来に比較して急速に降圧電圧VINTまで充電することができる。
従って、電源電圧降圧回路301は、上述の負荷回路L1を、従来に比較して急速に降圧電圧VINTまで充電することができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図5は、上述の基準電圧発生回路、電源電流供給回路及び電源電圧降圧回路を備えた半導体装置の回路構成図である。
図5においては、上述の負荷回路L1として、半導体装置400におけるDRAMの内部回路を示している。
図5においては、負荷回路として、メモリセルアレイ401、Xデコーダ&ワードドライバ回路402、Yデコーダ&Yスイッチ回路403、センスアンプ&IO回路404、制御信号発生回路405、コマンド入力ラッチ&デコード回路406、コントロールロジック回路407、アドレス入力ラッチ&デコード回路408及びデータ入出力回路409を示している。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図5は、上述の基準電圧発生回路、電源電流供給回路及び電源電圧降圧回路を備えた半導体装置の回路構成図である。
図5においては、上述の負荷回路L1として、半導体装置400におけるDRAMの内部回路を示している。
図5においては、負荷回路として、メモリセルアレイ401、Xデコーダ&ワードドライバ回路402、Yデコーダ&Yスイッチ回路403、センスアンプ&IO回路404、制御信号発生回路405、コマンド入力ラッチ&デコード回路406、コントロールロジック回路407、アドレス入力ラッチ&デコード回路408及びデータ入出力回路409を示している。
なお、図5におけるメモリセルアレイ401は、複数のワード線(W1〜Wm)、複数のビット線(BL1T〜BLnT,BL1B〜BLnB)並びにこれらワード線及びビット線の交点に配置された複数のメモリセル(m×n個のメモリセル)からなる。
また、複数のセンスアンプ(S1〜Sn)が、センスアンプ&IO回路404内に設けられ、それぞれビット線対(BL1T、BL1B)〜(BLnT、BLnB)の差電圧を増幅する。
また、複数のセンスアンプ(S1〜Sn)が、センスアンプ&IO回路404内に設けられ、それぞれビット線対(BL1T、BL1B)〜(BLnT、BLnB)の差電圧を増幅する。
そして、電源電圧降圧回路301は、上述の回路を負荷回路として、降圧電圧VINTを供給する。
なお、図5においては、バンドギャップ基準回路101、電源電流供給回路201及び電源電圧降圧回路301は、外部電源電圧端子VDDPと接続され電源電圧VDDが供給されるように示されている。
なお、図5においては、バンドギャップ基準回路101、電源電流供給回路201及び電源電圧降圧回路301は、外部電源電圧端子VDDPと接続され電源電圧VDDが供給されるように示されている。
上述の各回路の動作を簡潔に説明する。
CLK入力端子CLKPから入力される外部クロック信号CLKに基づいて、制御信号発生回路405で内部クロック信号411を発生させ、コマンド信号CMD及び外部アドレス信号ADDを、それぞれコマンド入力端子CMDP及び外部アドレス入力端子ADDPから、コマンド入力ラッチ&デコード回路406及びアドレス入力ラッチ&デコード回路408に取り込む。
コマンド信号CMDは、コマンド入力ラッチ&デコード回路406でデコードされた後、コントロールロジック回路407に入力される。
コントロールロジック回路407は、入力されたコマンドに応じてXアドレス系コントロール信号412、Yアドレス系コントロール信号414等を発生する。また、Xアドレス信号413及びYアドレス信号415を出力するアドレス入力ラッチ&デコード回路408、Xデコーダ&ワードドライバ回路402及びYデコーダ&Yスイッチ回路403等を制御してメモリセルアレイ中のメモリセルへ書き込み、読み出し等の所望の動作を行う。
メモリセルへのデータ書き込みまたは読み出し動作は、データ入出力回路409、データバス416及びセンスアンプ&IO回路404を介して、データ入出力端子DQPに入出力されるデータ入出力信号DQの論理レベルに従って行われる。
CLK入力端子CLKPから入力される外部クロック信号CLKに基づいて、制御信号発生回路405で内部クロック信号411を発生させ、コマンド信号CMD及び外部アドレス信号ADDを、それぞれコマンド入力端子CMDP及び外部アドレス入力端子ADDPから、コマンド入力ラッチ&デコード回路406及びアドレス入力ラッチ&デコード回路408に取り込む。
コマンド信号CMDは、コマンド入力ラッチ&デコード回路406でデコードされた後、コントロールロジック回路407に入力される。
コントロールロジック回路407は、入力されたコマンドに応じてXアドレス系コントロール信号412、Yアドレス系コントロール信号414等を発生する。また、Xアドレス信号413及びYアドレス信号415を出力するアドレス入力ラッチ&デコード回路408、Xデコーダ&ワードドライバ回路402及びYデコーダ&Yスイッチ回路403等を制御してメモリセルアレイ中のメモリセルへ書き込み、読み出し等の所望の動作を行う。
メモリセルへのデータ書き込みまたは読み出し動作は、データ入出力回路409、データバス416及びセンスアンプ&IO回路404を介して、データ入出力端子DQPに入出力されるデータ入出力信号DQの論理レベルに従って行われる。
上述の各回路は、電源投入の際はDRAMの動作開始に備えるため、速やかに降圧電圧VINTへ充電される必要がある。
このように、本実施形態による半導体装置(半導体装置400)は、基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)と、基準電圧発生回路(バンドギャップ基準回路101)の出力端子に接続された電源電流供給回路(電源電流供給回路201)と、基準電圧(基準電圧VREF)に応じて電源電圧(電源電圧VDD)を降圧して内部電源電圧(降圧電圧VINT)を発生する電源電圧降圧回路(電源電圧降圧回路301)と、複数のビット線(BL1T〜BLnT,BL1B〜BLnB)と、ビット線と交差して配置された複数のワード線(W1〜Wm)と、ビット線とワード線の各交点に配置された複数のメモリセル(m×n個のメモリセル)とを含むメモリセルアレイ(メモリセルアレイ401)と、ワード線を駆動するワードドライバ(Xデコーダ&ワードドライバ回路402)と、ビット線の電位変化を検知するセンスアンプ(センスアンプ&IO回路404内のS1〜Sn)と、ワードドライバ及びセンスアンプを制御する制御回路(制御信号発生回路405等)を有し、電源電圧降圧回路(電源電圧降圧回路301)は、これらの回路の少なくとも一つを負荷回路として動作電圧(降圧電圧VINT)を供給し、電源電流供給回路(電源電流供給回路201)は、出力端子の電圧レベル(基準電圧VREF)に対応して、出力端子へ電源電流を供給することを特徴とする半導体装置である。
これにより、電源投入時において、電源電圧降圧回路301に入力される基準電圧VREFが、従来に比較して短い時間で所定の電圧(V2)に到達する。
従って、電源電圧降圧回路301は、上述の負荷回路を、従来に比較して急速に降圧電圧VINTまで充電し、DRAMの動作開始に備えることができる。
従って、電源電圧降圧回路301は、上述の負荷回路を、従来に比較して急速に降圧電圧VINTまで充電し、DRAMの動作開始に備えることができる。
なお、上述の説明においては、一台の電源電圧降圧回路301により、全ての内部回路へ同一の降圧電圧VINTが供給されるものとして説明したが、一部の回路のみに降圧電圧VINTが供給される構成としてもよい。
また、内部回路によって異なる降圧電圧が供給されるように、複数の電源電圧降圧回路を設ける構成としてもよい。
例えば、異なる出力電圧を持つ電源電圧降圧回路を設けて、制御信号発生回路405とセンスアンプ&IO回路404に供給される降圧電圧が異なる構成としてもよい。
また、内部回路によって異なる降圧電圧が供給されるように、複数の電源電圧降圧回路を設ける構成としてもよい。
例えば、異なる出力電圧を持つ電源電圧降圧回路を設けて、制御信号発生回路405とセンスアンプ&IO回路404に供給される降圧電圧が異なる構成としてもよい。
100,300,400…半導体装置、101…バンドギャップ基準回路、
201…電源電流供給回路、
103,202,303…Pチャネル型MOSトランジスタ、
102,302…差動増幅器、R1,R2,R3,R4,R5…抵抗素子、
301…電源電圧降圧回路、
D1,D2,203…ダイオード素子、L1…負荷回路、
VREF…基準電圧、VDD…電源電圧、
VBGR…バンドギャップ基準回路出力電圧、
VINT……降圧電圧、
CLKP…CLK入力端子、CLK…外部クロック信号、
CMDP…コマンド入力端子、CMD…コマンド信号、
ADDP…アドレス入力端子、ADD…外部アドレス信号、
DQP…データ入出力端子、DQ…データ入出力信号、VDDP…外部電源電圧端子、
401…メモリセルアレイ、402…Xデコーダ&ワードドライバ回路、
403…Yデコーダ&Yスイッチ回路、
404…センスアンプ&IO回路、405…制御信号発生回路、
406…コマンド入力ラッチ&デコード回路、407…コントロールロジック回路、
408…アドレス入力ラッチ&デコード回路、409…データ入出力回路、
411…内部クロック信号、412…Xアドレス系コントロール信号、
413…Xアドレス信号、414…Yアドレス系コントロール信号、
415…Yアドレス信号、416…データバス
201…電源電流供給回路、
103,202,303…Pチャネル型MOSトランジスタ、
102,302…差動増幅器、R1,R2,R3,R4,R5…抵抗素子、
301…電源電圧降圧回路、
D1,D2,203…ダイオード素子、L1…負荷回路、
VREF…基準電圧、VDD…電源電圧、
VBGR…バンドギャップ基準回路出力電圧、
VINT……降圧電圧、
CLKP…CLK入力端子、CLK…外部クロック信号、
CMDP…コマンド入力端子、CMD…コマンド信号、
ADDP…アドレス入力端子、ADD…外部アドレス信号、
DQP…データ入出力端子、DQ…データ入出力信号、VDDP…外部電源電圧端子、
401…メモリセルアレイ、402…Xデコーダ&ワードドライバ回路、
403…Yデコーダ&Yスイッチ回路、
404…センスアンプ&IO回路、405…制御信号発生回路、
406…コマンド入力ラッチ&デコード回路、407…コントロールロジック回路、
408…アドレス入力ラッチ&デコード回路、409…データ入出力回路、
411…内部クロック信号、412…Xアドレス系コントロール信号、
413…Xアドレス信号、414…Yアドレス系コントロール信号、
415…Yアドレス信号、416…データバス
Claims (11)
- 基準電圧発生回路と、
前記基準電圧発生回路の出力端子に接続された電源電流供給回路とを有し、
前記電源電流供給回路は、前記出力端子の電圧レベルに対応して、前記出力端子へ電源電流を供給することを特徴とする半導体装置。 - 前記電源電流供給回路は、
前記出力端子の電圧レベルが前記基準電圧に到達した後は、前記電源電流の供給を停止することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 前記電源電流供給回路は、MOSトランジスタにより構成されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記MOSトランジスタは、Pチャネル型MOSトランジスタであって、ソース端子が電源端子へ、ゲート端子及びドレイン端子が前記出力端子へ接続されていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 前記MOSトランジスタは、Nチャネル型MOSトランジスタであって、ドレイン端子及びゲート端子が電源端子へ、ソース端子が前記出力端子へ接続されていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 前記MOSトランジスタの閾値電圧は、電源電圧と前記基準電圧の差以上であることを特徴とする請求項4または5記載の半導体装置。
- 前記電源電流供給回路は、ダイオードにより構成されることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記ダイオードは、アノード端子が電源端子へ、カソード端子が前記出力端子へ接続されていることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
- 前記ダイオードの拡散電圧は、電源電圧と前記基準電圧の差以上であることを特徴とする請求項7または8記載の半導体装置。
- 前記基準電圧に応じて、電源電圧を降圧して内部電源電圧を発生する電源電圧降圧回路を更に有する請求項1〜9記載の半導体装置。
- 複数のビット線と、前記ビット線と交差して配置された複数のワード線と、前記ビット線と前記ワード線の各交点に配置された複数のメモリセルとを含むメモリセルアレイと、前記ワード線を駆動するワードドライバと、前記ビット線の電位変化を検知するセンスアンプと、前記ワードドライバ及び前記センスアンプを制御する制御回路を更に有し、前記電源電圧降圧回路は、これらの回路の少なくとも一つを負荷回路として動作電圧を供給することを特徴とする請求項10記載の半導体装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013045213A (ja) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | バンドギャップ基準電圧装置 |
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-
2009
- 2009-01-08 JP JP2009002736A patent/JP2010160700A/ja active Pending
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