JP2019139826A - ビット線電源供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、メモリにおけるビット線に電源を供給するビット線電源供給装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明はビット線高電圧発生器を含むビット線電源供給装置を提供する。ビット線高電圧発生器は第1の電圧発生回路と第2の電圧発生回路とを含む。第1の電圧発生回路は第1のセンサと第1のリニア電圧レギュレータとを含み、第1のセンサは第1の制御信号に基づいて第1の基準電圧とビット線高電圧とを比較して第1の検知電圧を発生する。第1のリニア電圧レギュレータは第1の検知電圧に基づいてビット線高電圧を発生する。第2の電圧発生回路は第2のセンサとスイッチング電圧レギュレータとを含み、第2のセンサは第2の制御信号に基づいて第1の基準電圧とビット線高電圧とを比較して第2の検知電圧を発生する。スイッチング電圧レギュレータは第2の検知電圧に基づいてビット線高電圧を発生する。【選択図】図1

Description

本発明はビット線電源供給装置に関し、特に、リニア電圧レギュレータ及びスイッチング電圧レギュレータを有するビット線電源供給装置に関する。
周知の低パワーの第3代のダブルデータレート同期ダイナミックランダムアクセスメモリ(Double−Data−Rate Three Synchronous Dynamic Random Access Memory,DDR3)の技術において、2つの外部電圧を有することができ、通常それぞれ1.8V及び1.2Vである。一般的には、相対的に高い第1の外部電圧が許可する消費電流は相対的に低い第2の外部電圧よりも低いため、ダイナミックランダムアクセスメモリにおけるセンスアンプが必要とするオーバードライブ電圧は、通常、許容消費電流が比較的高い第2の外部電圧により発生される。
オーバードライブ電圧の電圧値は第2の外部電圧の最小電圧よりも高くなるため、オーバードライブ電圧は、第2の外部電圧と電圧レギュレータとを併用することによって発生させることはできないが、第2の外部電圧とチャージポンプ回路の昇圧動作とを併用することによって発生させることができる。しかしながら、チャージポンプ回路の電圧変換効率は電圧レギュレータよりも低いため、第2の外部電圧の消費電流の増加につながる。また、周知のメモリのリフレッシュ動作において、オーバードライブ電圧は依然としてセンスアンプに供給される必要があるため、リフレッシュ動作の消費電流の増加につながる。一方、オーバードライブ電圧がなくても読み書き動作及びリフレッシュ動作を完成できる他の周知のメモリのセンスアンプがあるが、オーバードライブ電圧を用いないと読み書きの時間が増加してしまう。また、この類のメモリのセンスアンプを有効にするには依然としてビット線高電圧を電源とする必要があり、しかしながら、全てのセンスアンプに供給されるビット線高電圧は電圧降下の問題が発生しやすく、ビット線高電圧の電圧降下の問題を軽減するために、より大きいビット線高電圧のレギュレータを設ける必要がある。
本発明は、メモリにおけるビット線に電源を供給し、ビット線高電圧の電圧降下の問題を改善するビット線電源供給装置を提供することを目的とする。
本発明は、メモリに適用されるビット線電源供給装置であって、ビット線高電圧を発生するためのビット線高電圧発生器を含み、前記ビット線高電圧発生器は、第1の制御信号を受信し、第1の制御信号に基づいて有効にされ、第1の基準電圧とビット線高電圧との比較に基づいて第1の検知電圧を発生し、電源電圧が第1の電圧である、第1のセンサと、第1のセンサに結合され、第1の検知電圧に対してリニア調整(linear voltage regulator)を行って第1の出力電圧を発生し、電源電圧が第2の電圧である、第1のリニア電圧レギュレータと、を含む第1の電圧発生回路と、第2の制御信号を受信し、第2の制御信号に基づいて有効にされ、第1の基準電圧とビット線高電圧の比較に基づいて第2の検知電圧を発生し、電源電圧が第3の電圧である、第2のセンサと、第2のセンサに結合され、第2の検知電圧に基づいてスイッチング調整(switching voltage regulator)を行って第2の出力電圧を発生し、電源電圧が第2の電圧である、スイッチング電圧レギュレータと、を含み、第1の電圧発生回路に並列に結合される、第2の電圧発生回路と、を含み、ビット線電源供給装置は、第1の出力電圧と第2の出力電圧とを結合させてビット線高電圧を発生し、第1の電圧が第3の電圧よりも大きく、第3の電圧が第2の電圧よりも大きい、ビット線電源供給装置を提供している。
上記に基づき、本発明の一部の実施例において、前記ビット線電源供給装置は、リフレッシュ動作の際に、効率が相対的に低いオーバードライブ電圧発生器をオフにし、効率が相対的に高いビット線高電圧発生器のみで出力することができ、リフレッシュ動作の際の消費電流を低減させることができる。アクティブ動作の際に、ビット線高電圧発生器及びオーバードライブ電圧発生器を同時に起動し、アクティブ動作に速やかなランダムアクセスタイムを有するようにする。アクティブ動作の消費電流を低減させるために、オーバードライブ電圧発生器及びスイッチング電圧レギュレータを順にオフにする。
本発明の実施例におけるビット線電源供給装置のブロック図である。 本発明の実施例における第1の電圧発生回路のブロック図である。 本発明の実施例における第2の電圧発生回路のブロック図である。 本発明の実施例における電圧オフセット回路の回路図である。 本発明の他の実施例におけるビット線電源供給装置のブロック図である。 本発明の実施例における電流源電圧発生器の回路図である。 本発明の他の実施例におけるビット線高電圧発生器及びオーバードライブ電圧発生器のリフレッシュ動作のタイミング図である。 本発明の他の実施例におけるビット線高電圧発生器及びオーバードライブ電圧発生器のメモリバンクのアクティブ動作のタイミング図である。 本発明の他の実施例におけるビット線高電圧発生器及び第1の電圧発生器及び第2の電圧発生器のリフレッシュ動作のタイミング図である。 本発明の他の実施例におけるビット線高電圧発生器の第1の電圧発生器及び第2の電圧発生器のメモリバンクのアクティブ動作のタイミング図である。
本発明の上記特徴及び長所をより分かりやすくするために、以下では、実施例と図面を合わせて詳しく説明を行う。
図1を参照し、図1は本発明の実施例におけるビット線電源供給装置のブロック図である。ビット線電源供給装置100はビット線高電圧VBLHを発生するためのビット線高電圧発生器110を含む。そのうち、ビット線高電圧VBLHは、センスアンプ(図示せず)に電源を供給し、及び書き込み動作に電源を供給するためのものである。ビット線高電圧発生器110は第1の電圧発生回路140と第2の電圧発生回路150とを含み、第1の電圧発生回路140と第2の電圧発生回路150とは互いに並列に接続されている。この範例実施例において、第1の電圧発生回路140は第1の基準電圧VREF1及び第1の制御信号V1<7:0>を受信し、第2の電圧発生回路150は第1の基準電圧VREF1及び第2の制御信号V2<7:0>を受信し、第1の電圧発生回路140及び第2の電圧発生回路150は共にビット線高電圧VBLHを発生する。そのうち、第1の制御信号V1<7:0>が8個のビットを有することは1つの説明例にすぎず、本発明の他の実施例において、第1の制御信号V1<7:0>のビット数は実際の必要に応じて設けられることができ、特に制限されていない。
第1の電圧発生回路140は第1のセンサ141と第1のリニア電圧レギュレータ142とを含む。この範例実施例において、第1のセンサ141は第1の制御信号V1<7:0>を受信し、そのうち、第1の制御信号V1<7:0>は、例えばメモリに対応することができる8個のメモリバンクである。この範例実施例において、第1のセンサ141が有効にされている条件において、第1のセンサ141は、第1の基準電圧VREF1とビット線高電圧VBLHとを比較し、比較結果に基づいて第1の検知電圧VS1を発生する。第1のセンサ141は第1の検知電圧VS1を第1のリニア電圧レギュレータ142に供給する。第1のリニア電圧レギュレータ142は第1のセンサ141に結合され、第1のリニア電圧レギュレータ142は第1の検知電圧VS1に基づいてリニア電圧調整動作を行い、これによってビット線高電圧VBLHとする第1の出力電圧を発生する。注意すべきこととして、第1のセンサ141が受信する電源電圧は第1の電圧VPP(例えば、2.8Vである)であり、第1のリニア電圧レギュレータ142が受信する電源電圧は第2の電圧VDD2(例えば、1.2Vである)である。
第2の電圧発生回路150は第2のセンサ151とスイッチング電圧レギュレータ152とを含む。この範例実施例において、第2のセンサ151は第2の制御信号V2<7:0>を受信する。第2の制御信号V2<7:0>は、例えばメモリにそれぞれ対応することができる別の8個のメモリバンクである。この範例実施例において、第2のセンサ151は受信した第2の制御信号V2<7:0>に基づいて有効にされる。第2のセンサ151が有効にされている条件において、第1の基準電圧VREF1とビット線高電圧VBLHとを比較することに基づいて比較結果を発生し、比較結果に基づいて第2の検知電圧VS2を発生する。第2の検知電圧VS2はスイッチング電圧レギュレータ152に供給される。スイッチング電圧レギュレータ152は第2の検知電圧VS2を受信し、第2の検知電圧VS2に基づいて第3の電圧VDD1に対してスイッチング調整動作を行い、これによってビット線高電圧VBLHとする第2の出力電圧を発生する。この範例実施例において、第2のセンサ151の電源電圧は第3の電圧VDD1(例えば、1.8Vである)であり、スイッチング電圧レギュレータ152の電源電圧は第2の電圧VDD2である。
本範例実施例において、ビット線電源供給装置100は第1のスタンバイ電圧回路160をさらに含むことができる。第1のスタンバイ電圧回路160は前記第1の電圧発生回路140及び前記第2の電圧発生回路150に並列に接続され、第1のスタンバイ電圧回路160は第1のスタンバイ電圧回路制御信号V3に基づいて有効(enable)にされる。第1の基準信号VREF1を受信し、第1のスタンバイ電圧回路160が有効にされている条件において、第1の基準電圧VREF1とビット線高電圧VBLHとを比較し、比較結果に基づいてビット線高電圧VBLHを発生する。一部の実施例において、第1のスタンバイ電圧回路制御信号V3はビット線高電圧VBLHと同じである。この範例実施例において、第1のスタンバイ電圧回路160は、スタンバイモードまたは他の低パワーモードであるとき、ビット線高電圧VBLHを供給することができ、その消費電流が第1の電圧発生回路140及び第2の電圧発生回路150よりも小さくなるようにすることができる。
第1のスタンバイ電圧回路160は第3のセンサ161と第2のリニア電圧レギュレータ162とを含む。この範例実施例において、第3のセンサ161は誤差増幅器であり、第3のセンサ161が受信した第1のスタンバイ電圧回路制御信号V3は第3のセンサ161に対して有効制御を行い、第3のセンサ161は第1の基準電圧VREF1と第2のリニア電圧レギュレータ162の出力端子によりフィードバックされたビット線高電圧VBLHとを比較し、比較結果に基づいて第3の検知電圧VS3を発生し、第3の検知電圧VS3を第2のリニア電圧レギュレータ162に供給する。第2のリニア電圧レギュレータ162は第3のセンサ161に結合され、第2のリニア電圧レギュレータ162は第3の検知電圧VS3に対してリニア電圧安定化を行い、ビット線高電圧VBLHを発生する。この範例実施例において、第2のリニア電圧レギュレータ162は第1のリニア電圧レギュレータ151のように、リニアレギュレータであり、再度説明しない。そのうち、第3のセンサ161の電源電圧は第2の電圧VDD2であり、第2のリニア電圧レギュレータ162の電源電圧は第2の電圧VDD2である。他の実施例において、第3のセンサ161の電源電圧と、第2のリニア電圧レギュレータ162の電源電圧を、ともに第3の電圧VDD1にすることも可能である。
図2を参照し、図2は本発明の実施例における第1の電圧発生回路のブロック図である。この範例実施例において、第1の電圧発生回路140の第1のセンサ141はオペアンプ210を含み、第1の電圧発生回路140の第1のリニア電圧レギュレータ142はスイッチ220と、抵抗コンデンサストリング230と、出力段240とを含む。この範例実施例において、オペアンプ210は第1の入力端子と第2の入力端子とを有し、第1の入力端子は非反転端子(noninverting terminal)であり、第2の入力端子は反転端子(inverting terminal)である。オペアンプ210は誤差増幅器とすることができ、オペアンプ210は、第1の基準電圧VREF1、ビット線高電圧VBLHを受信し、有効信号EN1に基づいて有効にされる。そのうち、有効信号EN1は第1の制御信号V1<7:0>に基づいて発生され、論理信号である。第1の制御信号V1<7:0>が第1の電圧発生回路140に対応するメモリブロックがアクセスされるように指示する場合、オペアンプ210は第1の制御信号V1<7:0>に対応する有効信号EN1に基づいて有効にされることができる。また、有効にされたオペアンプ210は、第1の基準電圧VREF1とビット線高電圧VBLHとを比較して比較結果を得て、比較結果に基づいて第1の検知電圧VS1を発生する。そのうち、比較結果は第1の基準電圧VREF1とビット線高電圧VBLHとの電圧差である。スイッチ220の第1の端子はオペアンプ210の出力端子に結合され、第2の端子はオペアンプ210の第2の入力端子に結合される。この実施例において、スイッチ220はP型トランジスタMP1を含む。トランジスタMP1のゲート端子は有効信号EN1を受信し、トランジスタMP1は有効信号EN1に基づいてオンまたはオフにされる。そのうち、オペアンプ210が有効信号EN1に基づいて有効にされたとき、スイッチ220は対応してオフにされる。これに対し、オペアンプ210が有効信号EN1に基づいて無効にされたとき、スイッチ220は対応してオンにされる。スイッチ220がオンにされるとき、第1の検知電圧VS1とビット線高電圧VBLHとは同じ電圧値にイコライズされることができる。
抵抗コンデンサストリング230はオペアンプ210の出力端子とオペアンプ210の第2の入力端子との間に結合され、抵抗コンデンサストリング230は直列に接続されて結合された抵抗R1とコンデンサC1とを含み、第1の検知電圧VS1に対して位相補償を行うことに用いることができる。出力段240はN型トランジスタMN1と抵抗R2とを含み、トランジスタMN1のゲートはオペアンプ210の出力端子に結合され、トランジスタMN1は第1の検知電圧VS1に制御され、ビット線高電圧VBLHを出力する。また、N型トランジスタMN1はディープNウェル(deep N−well)を有するトランジスタであり、N型トランジスタMN1のバルク端子(bulk terminal)はN型トランジスタMN1のソース端子(source terminal)に結合され、ビット線高電圧VBLHに対してクランプ機能を発生する。出力段240はビット線高電圧VBLHをオペアンプ210の第2の入力端子にフィードバックし、安定状態の下で、ビット線高電圧VBLHの電圧は第1の基準電圧VREF1にアプローチすることができる。そのうち、オペアンプ210の電源電圧は第1の電圧VPPであり、出力段240の電源電圧は第2の電圧VDD2である。
図3を参照し、図3は本発明の実施例における第2の電圧発生回路のブロック図である。この範例実施例において、第2の電圧発生回路150の第2のセンサ151はオペアンプ310を含み、第2の電圧発生回路150のスイッチング電圧レギュレータ152は、スイッチ320と、プルアップスイッチ330と、基準電流発生器340と、スイッチ350と、バッファ360と、電圧オフセット回路(level shifter circuit)370と、出力段380とを含む。この範例実施例において、オペアンプ310は誤差増幅器とし、有効信号EN2によってオペアンプ310が有効にされるようにし、そのうち有効信号EN2は、第2の制御信号V2<7:0>に基づいて発生され、論理信号である。有効にされたオペアンプ310は第1の基準電圧VREF1とビット線高電圧VBLHとを比較し、第1の基準電圧VREF1とビット線高電圧VBLHとの電圧差によって第2の検知電圧VS2を発生する。
スイッチ320の第1の端子はオペアンプ310の出力端子に結合され、第2の端子は第3の電圧VDD1に結合され、スイッチ320はP型トランジスタMP2を含み、トランジスタMP2のゲート端子は有効信号EN2を受信し、オペアンプ310が無効にされたときオンにされ、第2の検知電圧VS2が第3の電圧VDD1と同じになるようにして、電圧フローティング(floating)の問題を回避する。プルアップスイッチ330はオペアンプ310の出力端子に結合され、プルアップスイッチ330の第1の端子(即ち、P型トランジスタMP3のソース端子)によって第3の電圧VDD1を受信する。プルアップスイッチ330はP型トランジスタMP3により構成される。プルアップスイッチ330のゲート端子は第2の検知電圧VS2を受信し、第2の検知電圧VS2に基づいてオンまたはオフにされる。プルアップスイッチ330がオンにされたとき、プルアップスイッチ330の第2の端子は第3の電圧VDD1に基づいてプルアップされる。
基準電流発生器340はプルアップスイッチ330に結合され、基準電流発生器340はN型トランジスタMN12とN型トランジスタMN2を含む。N型トランジスタMN2のゲートは、バイアス電圧VCMNIに制御され、基準電流を発生し、この実施例において、N型トランジスタMN2は電流源とみなすことができる。N型トランジスタMN12のゲートは、有効信号EN2に制御され、スイッチとして用いられる。N型トランジスタMN12がオンにされるとき、プルアップスイッチ330の第2の端子(即ち、P型トランジスタMP3のドレイン端子)によって基準接地端子VSSに対して基準電流を発生することができる。この範例実施例において、プルアップスイッチ330の第2の端子上の電圧、即ちスイッチ電圧VINVは、プルアップスイッチ330のプルアップ強度及び基準電流の大きさに基づいて決定される。そのうち、プルアップスイッチ330のプルアップ強度はプルアップスイッチ330に結合される第1の電圧VDD1及び第2の検知電圧VS2によって決定される。また、バッファ360の作用によって、アナログ信号である検知電圧VS2をデジタルフォーマット信号に変更することができる。アナログ信号に対して、デジタルフォーマット信号のリバースしきい値は調整されることができ、デジタル信号はトランジスタのしきい値電圧(Threshold Voltage)及び温度の変化による信号の大幅な変化を回避することができる。
スイッチ350はプルアップスイッチ330の第2の端子と基準接地端子VSSとの間に結合される。スイッチ350はN型トランジスタMN3である。トランジスタMN3のゲート端子は有効信号EN2Bを受信することができ、オペアンプ310が無効にされたとき、プルアップスイッチ330の第2の端子に基準接地端子VSSまでにプルダウンする径路を提供して、電圧フローティングの問題を回避する。バッファ360と電圧オフセット回路370とは順にプルアップスイッチ330の第2の端子に直列に接続され、電流駆動力の向上及び電位レベルシフト機能の提供に用いられる。そのうち、バッファ360はプルアップスイッチ330の第2の端子上の電圧に基づいてバッファ電圧VDOUTBを発生し、電圧オフセット回路370はバッファ電圧VDOUTBを受信し、前記バッファ電圧VDOUTBの電圧をオフセットしてゲート制御電圧VDDGを発生する。実施例において、電圧オフセット回路370は、バッファ電圧VDOUTBの電圧を、電源電圧が第3の電圧VDD1であり、接地電圧が基準接地端子VSSである状態から電源電圧が第1の電圧VPPであり、接地電圧がビット線高電圧VBLHである状態にオフセットする。出力段380は電圧オフセット回路370に結合される。出力段380はN型トランジスタMN4を含み、トランジスタMN4はゲート制御電圧VDDGに制御され、ビット線高電圧VBLHとする第2の出力電圧を出力し、ビット線高電圧VBLHをオペアンプ310の第2の入力端子にフィードバックしてフィードバック制御を行い、ビット線高電圧VBLHの目標電圧が第1の基準電圧VREF1に近くなるようにする。
図4を参照し、図4は本発明の実施例における電圧オフセット回路の回路図である。電圧オフセット回路370はバッファ410と、電圧オフセット420と、バッファ430とを含む。電圧オフセット420はバッファ410とバッファ430との間に結合される。バッファ410は、2つのインバータを含み、インバータの電源電圧は第3の電圧VDD1に結合され、接地電圧は基準接地端子VSSに結合される。バッファ410は、バッファ電圧VDOUTBを受信し、電流駆動力の向上に用いられ、接触電圧n02にバッファ電圧VDOUTBの同相電位を提供し、接触電圧n01にバッファ電圧VDOUTBの逆相電位を提供する。電圧オフセット420は、4つのP型トランジスタMP4、MP5、MP6及びMP7と、2つのN型トランジスタMN5及びMN6を含む。P型トランジスタMP4のドレインとP型トランジスタMP5のソースは、接触電圧n03に接続され、P型トランジスタMP6のドレインとP型トランジスタMP7のソースは接触電圧n04に接続される。電圧オフセット420は、交差結合構造を有し、そのうちP型トランジスタMP5のゲートはP型トランジスタMP7のドレインに結合され、P型トランジスタMP7のゲートはP型トランジスタMP5のドレインに結合される。そのうち、バッファ410の2つのインバータの間の接触電圧n01は電圧オフセット420のN型トランジスタMN6のゲート端子に結合され、バッファ410の接触電圧n02は電圧オフセット420のP型トランジスタMP4及びN型トランジスタMN5のゲート端子に結合される。電圧オフセット420の電源電圧は第1の電圧VPPに結合され、接地電圧は基準接地端子VSSに結合される。電圧オフセットを行うために、電圧オフセット420は接触電圧n01及び接触電圧n02を受信する。バッファ430は2つのインバータからなり、2つのP型トランジスタMP8及びMP9と、2つのN型トランジスタMN7及びMN8とを含み、そのうち2つのインバータは接触電圧n07に接続される。バッファ430は接触電圧n05を受信し、バッファ430の電源電圧は第1の電圧VPP及びビット線高電圧VBLHに結合され、ゲート制御電圧VDDGを出力する。バッファ430は電流駆動力の向上及び電圧オフセット回路370の電圧オフセットの補助に用いられる。実施例において、電圧オフセット回路370は、バッファ電圧VDOUTBの電圧をゲート制御電圧VDDGにオフセットし、即ち、電源電圧が第3電圧VDD1、接地電圧が基準接地端子VSSから電源電圧が第1の電圧VPP、接地電圧がビット線高電圧VBLHにオフセットする。
図5を参照し、図5は本発明の他の実施例におけるビット線電源供給装置のブロック図である。この範例実施例において、ビット線電源供給装置500はビット線高電圧発生器110と、電流源電圧発生器120と、オーバードライブ電圧発生器130とを含む。そのうち、ビット線高電圧発生器110は図1〜図4の説明と同じであり、再度説明しない。電流源電圧発生器120はビット線高電圧発生器110及びオーバードライブ電圧発生器130に結合され、ビット線高電圧VBLH及びオーバードライブ電圧VODをそれぞれ受信し、電流源電圧発生器120はビット線高電圧VBLH、オーバードライブ電圧VOD、ビット線イコライズ電圧VBLEQに基づいて電流源電圧VPCSを発生する。そのうち、ビット線イコライズ電圧VBLEQはビット線が速やかにプリチャージされることができるようにするためのものであり、電流源電圧VPCSはセンスアンプ(図示せず)におけるP型トランジスタPMOS(図示せず)に電圧を提供するためのものである。
この範例実施例において、オーバードライブ電圧発生器130は第3の電圧発生回路170と、第2のスタンバイ電圧回路180とを含み、そのうち、第3の電圧発生回路170と第2のスタンバイ電圧回路180とは互いに並列に接続されている。この範例実施例において、第3の電圧発生回路170は第2の基準電圧VREF2及び第3の制御信号V4<7:0>を受信し、第2のスタンバイ電圧回路180は第2の基準電圧VREF1及び第2のスタンバイ電圧回路制御信号V5を受信し、第3の電圧発生回路170及び第2のスタンバイ電圧回路180は共通にオーバードライブ電圧VODを発生する。そのうち、オーバードライブ電圧VODは、センスアンプ(図示せず)に電源を供給するためのものである。
第3の電圧発生回路170は第4のセンサ171と、チャージポンプ回路172とを含む。この範例実施例において、第4のセンサ171は誤差増幅器であり、第4のセンサ171は第3の制御信号V4<7:0>を受信して第4のセンサ171に対して有効にするように制御を行い、第4のセンサ171は第2の基準電圧VREF2とオーバードライブ電圧VODとを比較し、比較結果に基づいて第4の検知電圧VS4を発生する。そのうち、第3の制御信号V4<7:0>は、例えばメモリの8個のメモリバンクに対してそれぞれ制御を行うことができ、本発明はメモリのメモリバンクの数を特に制限しない。第4のセンサ171の構造及び機能は前記第1のセンサ141と同じであり、再度説明しない。チャージポンプ回路172は第4のセンサ171に結合され、この範例実施例において、チャージポンプ回路172は直流−直流コンバータであり、入力電圧よりも大きい出力電圧を発生するためのものであり、本発明はチャージポンプ回路172の回路構造を制限しない。チャージポンプ回路172は受信した第4の検知電圧VS4に対して昇圧を行い、オーバードライブ電圧VODを発生し、そのうちオーバードライブ電圧VODは第4の検知電圧VS4以上である。第4のセンサ171の電源電圧は第3の電圧VDD1であり、チャージポンプ回路172の電源電圧は第2の電圧VDD2である。
第2のスタンバイ電圧回路180は第5のセンサ181と、第3のリニア電圧レギュレータ182とを含む。この範例実施例において、第5のセンサ181は誤差増幅器である。第5のセンサ181は第2の基準電圧VREF2及びフィードバックされたオーバードライブ電圧VODを受信し、第2のスタンバイ電圧回路制御信号V5に基づいて第5のセンサ181に対して有効にするように制御を行う。、第5のセンサ181は第2の基準電圧VREF2とオーバードライブ電圧VODとを比較して比較結果を得て、比較結果に基づいて第5の検知電圧VS5を発生し、第5の検知電圧VS5を第3のリニア電圧レギュレータ182に供給する。そのうち、比較結果は第2の基準電圧VREF2とオーバードライブ電圧VODとの電圧差である。第5のセンサ181の内部回路は前記第3のセンサ161と同じであり、再度説明しない。第3のリニア電圧レギュレータ182は第5のセンサ181に結合され、第3のリニア電圧レギュレータ182は第5の検知電圧VS5に対してリニア電圧安定化を行い、オーバードライブ電圧VODを発生する。この範例実施例において、第3のリニア電圧レギュレータ182の内部回路は第2のリニア電圧レギュレータ162と同じであり、リニアレギュレータであり、再度説明しない。そのうち、第5のセンサ181の電源電圧は第3の電圧VDD1であり、第3のリニア電圧レギュレータ182の電源電圧は第3の電圧VDD1である。
注意すべきこととして、本発明の他の実施例において、電流源電圧発生器120は、オーバードライブ電圧発生器130に結合される必要がなく、ビット線高電圧発生器110のみに結合されて電流源電圧VPCSを発生することができる。
図6を参照し、図6は本発明の実施例における電流源電圧発生器の回路図である。電流源電圧発生器120はN型トランジスタMN9、MN10及びMN11を含み、制御信号V6<7:0>、V7<7:0>、V8<7:0>によってN型トランジスタMN9、MN10及びMN11に対してオン・オフ操作を行い、電流源電圧VPCSを発生する。電流源電圧発生器120はセンスアンプ(図示せず)におけるP型トランジスタPMOSS(図示せず)の電圧の供給源であり、電流源電圧発生器120は、オーバードライブ電圧VODと、ビット線高電圧VBLHと、ビット線イコライズ電圧VBLEQとを受信し、それぞれV6<7:0>、V7<7:0>、V8<7:0>信号によってN型トランジスタMN9、MN10及びMN11をオン又はオフにし、電流源電圧VPCSのパワーソースを制御する(図7A及び図7Bに関連記述がある)。本発明は電流源電圧発生器120の回路構造を限定しない。
図7A及び図7Bを参照し、図7Aは本発明の他の実施例におけるビット線高電圧発生器及びオーバードライブ電圧発生器のリフレッシュのタイミング図であり、図7Bは本発明の他の実施例におけるビット線高電圧発生器及びオーバードライブ電圧発生器のメモリバンクのアクティブのタイミング図である。
図7Aに示すように、リフレッシュ動作の前に(即ち、時間区間T1)、第1のスタンバイ電圧回路制御信号V3は高論理レベルであるため、第1のスタンバイ電圧回路160はビット線高電圧VBLHに対して消費電流を供給することができる。また、制御信号V6<7:0>は高論理レベルであるため、電流源電圧発生器120は、電流源電圧VPCSに対してビット線イコライズ電圧VBLEQ電圧を供給することができ、このとき電流源電圧VPCSの電位はVBLEQと略同じである。従って、時間区間T1において、ビット線イコライズ電圧VBLEQ電圧を電流源電圧VPCSのパワーソースとする。
リフレッシュ動作の際(即ち、時間区間T2)、制御信号V6<7:0>及びV7<7:0>が低論理レベル、選択されたメモリバンクの制御信号V8<7:0>が高論理レベルであり、選択されたメモリバンクの電流源電圧VPCSにビット線高電圧VBLHを供給する。第1の制御信号V1<7:0>及び第2の制御信号V2<7:0>は高論理レベルであり、ビット線高電圧発生器110における第1の電圧発生回路140及び第2の電圧発生回路150を起動して、ビット線高電圧VBLHを経由して電流源電圧VPCSに消費電流を供給し、このとき電流源電圧VPCSの電位は徐々にビット線高電圧VBLHまでプルアップされる。リフレッシュ動作の際(即ち、時間区間T2)、第2の制御信号V4<7:0>は低論理レベル、第2のスタンバイ電圧回路V5は高論理レベルであるため、効率が相対的に低いオーバードライブ電圧発生器130(チャージポンプ回路172を有する)をスタンバイ状態にし、効率が相対的に高い第1の電圧発生回路140(第1のリニア電圧レギュレータ142を有する)及び第2の電圧発生回路150(スイッチング電圧レギュレータ152を有する)のみで出力電流を供給し、リフレッシュ動作の際のビット線電源供給装置100の消費電流を低減させる。また、V1<7:0>とV2<7:0>は全て高論理レベルであるため、全メモリバンクの第1の電圧発生回路140(第1のリニア電圧レギュレータ142を有する)及び第2の電圧発生回路150(スイッチング電圧レギュレータ152を有する)が同時にビット線高電圧VBLHに供給することで、ビット線高電圧VBLHの電圧降下(Voltage Drop)をさらに低減させることができる。従って、時間区間T2において、第1の電圧発生回路140及び第2の電圧発生回路150が発生するビット線高電圧VBLHを電流源電圧VPCSのパワーソースとする。
リフレッシュ動作の一定時間の後(即ち、時間区間T4)、第1の制御信号V1<7:0>及び第2の制御信号V2<7:0>は低論理レベルであり、第1のスタンバイ電圧回路制御信号V3に続いて高論理レベルに戻すため、第1のスタンバイ電圧回路160でビット線高電圧VBLHに対して少しの消費電流を供給する。また、制御信号V6<7:0>を高論理レベルに戻すため、電流源電圧VPCS発生器120は電流源電圧VPCSに対してビット線イコライズ電圧VBLEQ電圧を供給し、このとき電流源電圧VPCSの電位はビット線イコライズ電圧VBLEQと略同じである。従って、時間区間T4において、ビット線イコライズ電圧VBLEQの電圧を電流源電圧VPCSのパワーソースとする。
説明すべきこととして、リフレッシュ動作の際、ビット線高電圧発生器110は複数のメモリバンクに順にリフレッシュ動作を行わせる。また、リフレッシュ動作の際、オーバードライブ電圧発生器130の状態はオフである。
図7Bに示すように、メモリバンクアクティブ動作の前(即ち、時間区間T1)、第1のスタンバイ電圧回路制御信号V3及び第2のスタンバイ電圧回路制御信号V5は高論理レベルであるため、第1のスタンバイ電圧回路160はビット線高電圧VBLHに対して消費電流を供給することができ、また第2のスタンバイ電圧回路180はオーバードライブ電圧VODに対して消費電流を供給することができる。また、制御信号V6<7:0>は高論理レベルであるため、電流源電圧発生器120は電流源電圧VPCSに対してビット線イコライズ電圧VBLEQ電圧を供給することができ、このとき電流源電圧VPCSの電位はビット線イコライズ電圧VBLEQと略同じである。従って、時間区間T1において、ビット線イコライズ電圧VBLEQ電圧を電流源電圧VPCSのパワーソースとする。
メモリバンクアクティブ動作のとき(即ち、時間区間T2)、第1の制御信号V1<7:0>、第2の制御信号V2<7:0>及び第3の制御信号V4<7:0>は高論理レベルであり、ビット線高電圧発生器110における第1の電圧発生回路140、第2の電圧発生回路150及びオーバードライブ電圧発生器130のうちの第3の電圧発生回路170を同時にオンにし、しかしながら、このとき制御信号V7は高論理レベルであり、制御信号V8は低論理レベルであり、つまり、このときには電圧が相対的に高いオーバードライブ電圧発生器130のみで電流源電圧VPCSに消費電流を供給し、ビット線電源供給装置100が起動動作する際に速やかなランダムアクセスタイムを有するようにする。一定時間起動した後(即ち、時間区間T3)、制御信号V7は低論理レベルに低下され、制御信号V8は高論理レベルに上昇され、効率が相対的に高いビット線高電圧発生器110で電流源電圧VPCSに消費電流を供給し、消費電流を低減させる。従って、時間区間T2において、オーバードライブ電圧発生器130が発生するオーバードライブ電圧VODを電流源電圧VPCSのパワーソースとする。
メモリバンクリフレッシュ動作の一定時間の後(即ち、時間区間T3)、第1の電圧発生回路140及び第2の電圧発生回路150が発生するビット線高電圧VBLHを電流源電圧VPCSのパワーソースとする。前記と類似するため、再度説明しない。
センスアンプ(図示せず)の起動時間(約70ns)の後(即ち、時間区間T4)、電流源電圧VPCSは目標値であるビット線高電圧VBLHに近いため、消費電流をさらに低減させるために、第2の制御信号V2<7:0>を低論理レベルに低下させ、スイッチング電圧レギュレータ152を有する第2の電圧発生回路150をオフにし、このときビット線高電圧発生器110において第1のリニア電圧発生器142を有する第1の電圧発生器140のみで消費電流を供給し、消費電流を再度低減させることができる。従って、時間区間T4において、第1の電圧発生器140が発生するビット線高電圧VBLHを電流源電圧VPCSのパワーソースとする。
また、第2の制御信号V2<7:0>のオン・オフの頻度が高い場合には、ビット線高電圧VBLHに相対的に高いリップル(Ripple)をもたらすため、本発明は先に第2の制御信号V2<7:0>を低論理レベルに低下させてVBLHのリップルの低減を図っている。
メモリバンクアクティブ動作の後(即ち、時間区間T5)、第1の制御信号V1<7:0>を低レベルに低下させて第1の電圧発生器140をオフにし、第1のスタンバイ電圧回路制御信号V3を高論理レベルまで戻す。よって、第1のスタンバイ電圧回路160はビット線高電圧VBLHに対して少しの消費電流を供給することができる。また、制御信号V6<7:0>を高論理レベルに戻すため、電流源電圧VPCS発生器120は電流源電圧VPCSに対してビット線イコライズ電圧VBLEQ電圧を供給し、このとき電流源電圧VPCSの電位はビット線イコライズ電圧VBLEQと略同じである。従って、時間区間T5において、ビット線イコライズ電圧VBLEQ電圧を電流源電圧VPCSのパワーソースとする。
図8Aを参照し、リフレッシュ動作の際、全ての電圧発生器をオンにし、メモリバンクに対して順にフル出力する。図8Bを参照し、メモリバンクアクティブ動作の際、第1の制御信号V1<7:0>及び第2の制御信号V2<7:0>はメモリバンク0〜7に対して順に高論理レベルであり、ビット線高電圧発生器110における第1の電圧発生回路140及び第2の電圧発生回路150がそれぞれメモリバンクに電流供給を供給する。しかしながら、センスアンプ(図示せず)の起動時間(約70ns)の後(即ち、V2<0>に対しては時間区間T1経過後、V2<7>に対してはT2経過後)、第2の制御信号V2<7:0>を順に低論理レベルに低下させて第2の電圧発生回路150をオフにし、第1の電圧発生回路140のみで電流を供給し、ビット線電源供給装置100の消費電流を低減させる。例として、T1経過後のメモリバンク0の書き込み期間B0WRでは、第1の電圧発生回路140のみで電流を供給する。また、N型トランジスタMN4はディープNウェルを有するトランジスタである。
注意すべきこととして、アクティブ動作において、いずれかのメモリバンクがアクティブにされるとき、オーバードライブ電圧発生器130は一定時間(約70ns)オンにされ、短時間の高電圧及び大きい消費電流を供給する。オーバードライブ電圧発生器130が一定時間オンにされた後、複数のビット線高電圧発生器110は続いて同時にオンにされ、高い効率で出力することができる。
上記を総じて、本発明において、前記ビット線電源供給装置は、リニア電圧レギュレータ及びスイッチング電圧レギュレータを有するビット線高電圧発生器と、チャージポンプ回路を有するオーバードライブ電圧発生器とを含む。リフレッシュ動作の際、効率が相対的に低いオーバードライブ電圧発生器をオフにし、効率が相対的に高いビット線高電圧発生器のみで出力し、リフレッシュ動作の際の消費電流及び電圧降下を低減させる。アクティブ動作の際、ビット線高電圧発生器及びオーバードライブ電圧発生器を同時に起動し、一定時間の後にまずオーバードライブ電圧発生器をオフにし、さらに一定時間の後にスイッチング電圧レギュレータをオフにし、アクティブ動作が速やかなランダムアクセスタイム及び小さい消費電流を有するようにし、ビット線高電圧の電圧レギュレータのサイズに対する要求を下げ、ビット線高電圧の電圧降下を低減させる。
本発明は実施例で以上のことを開示しているが、それは本発明を限定するものではなく、当業者は、本発明の主旨および範囲を逸脱しない条件において、些細な変動および修飾をしてもよいため、本発明の保護範囲は後の特許請求の範囲に限定した内容を基準とする。
本発明は、リニア電圧レギュレータとスイッチング電圧レギュレータとを結合することによってリフレッシュ動作する際のメモリにおけるビット線高電圧が発生する消費電流及び電圧降下を低減させ、有効信号に基づいてセンスアンプの起動後に、まずスイッチング電圧レギュレータをオフにして消費電流及び電圧リップルをさらに低減させ、ダイナミックランダムアクセスメモリの低消費電力性能を実現することができる。
100 ビット線電源供給装置
110 ビット線高電圧発生器
120 電流源電圧発生器
130 オーバードライブ電圧発生器
140 第1の電圧発生回路
141 第1のセンサ
142 第1のリニア電圧レギュレータ
150 第2の電圧発生回路
151 第2のセンサ
152 スイッチング電圧レギュレータ
160 第1のスタンバイ電圧回路
161 第3のセンサ
162 第2のリニア電圧レギュレータ
170 第3の電圧発生回路
171 第4のセンサ
172 チャージポンプ回路
180 第2のスタンバイ電圧回路
181 第5のセンサ
182 第3のリニア電圧レギュレータ
210 第1のオペアンプ
220 スイッチ
230 抵抗コンデンサストリング
240 出力段
310 第1のオペアンプ
320 スイッチ
330 プルアップスイッチ
340 基準電流発生器
350 スイッチ
360 バッファ
370 電圧オフセット回路
380 出力段
400 電圧オフセット回路
410 バッファ
420 電圧オフセット
430 バッファ
500 ビット線電源供給装置
MP1〜MP9 P型トランジスタ
MN1〜MN11 N型トランジスタ
T1〜T5 時間区間
V1<7:0> 第1の制御信号
V2<7:0> 第2の制御信号
V3 第1のスタンバイ電圧回路制御信号
V4<7:0> 第3の制御信号
V5 第2のスタンバイ電圧回路制御信号
V6〜V8 制御信号
VBLH ビット線高電圧
VBLEQ ビット線イコライズ電圧
VPCS 電流源電圧
VCMNI バイアス電圧
VINV スイッチ電圧
VDOUTB バッファ電圧
VDDG ゲート制御電圧
VREF1 第1の基準電圧
VREF2 第2の基準電圧
VPP 第1の電圧
VDD2 第2の電圧
VDD1 第3の電圧
VSS 基準接地端子
n01〜n07 接触電圧
VS1 第1の検知電圧
VS2 第2の検知電圧
VS3 第3の検知電圧
VS4 第4の検知電圧
VS5 第5の検知電圧
VPCS 電流源電圧
EN1、EN2、EN2B 有効信号
B0WR 書き込み期間

Claims (16)

  1. メモリに適用されるビット線電源供給装置であって、
    ビット線高電圧を発生するためのビット線高電圧発生器を含み、
    前記ビット線高電圧発生器は、
    第1の制御信号を受信し、前記第1の制御信号に基づいて有効にされ、第1の基準電圧と前記ビット線高電圧との比較に基づいて第1の検知電圧を発生し、電源電圧が第1の電圧である、第1のセンサと、
    前記第1のセンサに結合され、前記第1の検知電圧に対してリニア調整を行って第1の出力電圧を発生し、電源電圧が第2の電圧である、第1のリニア電圧レギュレータと、
    を含む第1の電圧発生回路と、
    第2の制御信号を受信し、前記第2の制御信号に基づいて有効にされ、前記第1の基準電圧と前記ビット線高電圧の比較に基づいて第2の検知電圧を発生し、電源電圧が第3の電圧である、第2のセンサと、
    前記第2のセンサに結合され、前記第2の検知電圧に基づいてスイッチング調整を行って第2の出力電圧を発生し、電源電圧が前記第2の電圧である、スイッチング電圧レギュレータと、
    を含み、前記第1の電圧発生回路に並列に結合される、第2の電圧発生回路と、
    を含み、
    前 記ビット線電源供給装置は、前記第1の出力電圧と前記第2の出力電圧とを結合させて前記ビット線高電圧を発生し、前記第1の電圧が前記第3の電圧よりも大きく、前記第3の電圧が前記第2の電圧よりも大きい、ビット線電源供給装置。
  2. リフレッシュ動作の際、前記ビット線高電圧発生器は複数のメモリバンクに順にリフレッシュ動作を行わせる、請求項1に記載のビット線電源供給装置。
  3. 前記第1のセンサは、第1のオペアンプを含み、前記第1のオペアンプの第1の入力端子が前記第1の基準電圧を受信し、前記第1のオペアンプの第2の入力端子が前記ビット線高電圧を受信し、前記第1のオペアンプは、前記第1の制御信号に基づいて有効にされ、前記第1の基準信号と前記ビット線高電圧との比較に基づいて前記第1の検知電圧を発生する、請求項1に記載のビット線電源供給装置。
  4. 前記第1のリニア電圧レギュレータは、
    前記第1のオペアンプの出力端子と前記第1のリニア電圧レギュレータの出力端子との間に結合され、有効信号に基づいてオンまたはオフにされ、前記有効信号は前記第1の制御信号に基づいて発生される、スイッチと、
    前記第1のオペアンプの出力端子と前記第1のリニア電圧レギュレータの出力端子との間に結合される、抵抗コンデンサストリングと、
    前記第1のオペアンプの出力端子に結合され、前記第1の検知電圧を受信し、前記第1の検知電圧に基づいて前記ビット線高電圧を発生する、出力段と、
    を含み、
    前記出力段の電源電圧が前記第2の電圧である、請求項3に記載のビット線電源供給装置。
  5. 前記第2のセンサは、前記第1の基準電圧と前記ビット線高電圧とをそれぞれ受信する第1の入力端子と第2の入力端子とを有し、前記第2の制御信号に基づいて有効にされ、前記第1の基準電圧と前記ビット線高電圧との比較に基づいて前記第2の検知電圧を発生する、第2のオペアンプを含む、請求項3に記載のビット線電源供給装置。
  6. 前記スイッチング電圧レギュレータは、
    前記第2のオペアンプの出力端子と前記第3の電圧との間に結合され、有効信号に制御されてオンまたはオフにされる、スイッチと、
    第1の端子が前記第3の電圧に結合され、ゲート端子が前記第2のオペアンプの出力端子に結合される、プルアップスイッチと、
    前記プルアップスイッチの第2の端子に結合され、前記プルアップスイッチの第2の端子により基準電流を引き出す、基準電流発生器と、
    前記プルアップスイッチの第2の端子に結合され、バッファ電圧を出力する、バッファと、
    前記バッファに結合されて前記バッファ電圧を受信し、前記バッファ電圧の電圧をレベルシフトしてゲート制御電圧を発生する、電圧オフセット回路と、
    前記ゲート制御電圧を受信し、前記ゲート制御電圧に基づいて前記第2の出力電圧を発生する、出力段と、
    を含み、
    前記出力段の電源電圧が前記第2の電圧であり、前記有効信号は前記第2の制御信号に基づいて発生される、請求項5に記載のビット線電源供給装置。
  7. 前記ビット線高電圧発生器は、
    前記第1の電圧発生回路及び前記第2の電圧発生回路に並列に結合され、前記第1の基準電圧及び第1のスタンバイ電圧回路制御信号に基づいてスタンバイ出力電圧を発生し、前記スタンバイ出力電圧は前記ビット線高電圧とする、第1のスタンバイ電圧回路をさらに含む、請求項1に記載のビット線電源供給装置。
  8. 前記ビット線高電圧発生器における前記第1のスタンバイ電圧回路は、
    前記第1のスタンバイ電圧回路制御信号に基づいて有効にされ、前記第1の基準電圧と前記ビット線高電圧との比較に基づいて第3の検知電圧を発生し、電源電圧が前記第2の電圧である、第3のセンサと、
    前記第3のセンサに結合され、前記第3の検知電圧に対してリニア調整動作を行って前記スタンバイ出力電圧を発生し、電源電圧が前記第2の電圧である、第2のリニア電圧レギュレータと、
    を含む、請求項7に記載のビット線電源供給装置。
  9. 前記ビット線高電圧発生器に結合され、前記ビット線高電圧に基づいて電流源電圧を発生する、電流源電圧発生器をさらに含む、請求項8に記載のビット線電源供給装置。
  10. 第3の電圧発生回路を有し、第2の基準電圧及び第3の制御信号に基づいてオーバードライブ電圧を発生する、オーバードライブ電圧発生器をさらに含む、請求項9に記載のビット線電源供給装置。
  11. リフレッシュ動作の際、前記オーバードライブ電圧発生器の状態はオフである、請求項10に記載のビット線電源供給装置。
  12. アクティブ動作において、メモリバンクがアクティブにされるとき、前記オーバードライブ電圧発生器は1つの時間区間オンにされ、前記オーバードライブ電圧発生器が前記時間区間オンにされた後、前記複数のビット線高電圧発生器は同時にオンにされる、請求項10に記載のビット線電源供給装置。
  13. 前記ビット線高電圧発生器及び前記オーバードライブ電圧発生器に結合され、前記ビット線高電圧または前記オーバードライブ電圧に基づいて前記電流源電圧を発生する、電流源電圧発生器をさらに含む、請求項10に記載のビット線電源供給装置。
  14. 前記第3の電圧発生回路は、
    前記第3の制御信号と前記第2の基準電圧及び前記オーバードライブ電圧との比較に基づいて第4の検知電圧を発生し、電源電圧が前記第3の電圧である、第4のセンサと、
    前記第4のセンサに結合され、前記第4の検知電圧に基づいて前記オーバードライブ電圧を発生する、チャージポンプ回路と、
    を含み、
    前記第4のセンサの電源電圧が前記第3の電圧であり、前記チャージポンプ回路の電源電圧が前記第2の電圧である、請求項13に記載のビット線電源供給装置。
  15. 前記オーバードライブ電圧発生器は、
    前記第3の電圧発生回路に並列に結合され、前記第2の基準電圧及び第2のスタンバイ電圧回路制御信号に基づいて前記オーバードライブ電圧を発生する、第2のスタンバイ電圧回路をさらに含む、請求項14に記載のビット線電源供給装置。
  16. 前記第2のスタンバイ電圧回路は、
    前記第2のスタンバイ電圧回路制御信号に基づいて有効にされ、前記第2の基準電圧と前記オーバードライブ電圧との比較に基づき第5の検知電圧を発生し、電源電圧が前記第3の電圧である、第5のセンサと、
    前記第5のセンサに結合され、前記第5の検知電圧に基づいて前記オーバードライブ電圧を発生し、電源電圧が前記第3の電圧である、第3のリニア電圧レギュレータと、
    を含む、請求項15に記載のビット線電源供給装置。
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