JP2735221B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の性能改善に係り、特に高集積の
半導体装置の高安定化,高信頼化に好適な半導体装置に
関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improving the performance of a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device suitable for high stability and high reliability of a highly integrated semiconductor device.
メモリセルの転送トランジスタとしてMOSトランジス
タを用いている半導体メモリ(例えばDRAM)において
は、転送トランジスタによる信号電圧のロスを低減する
ため、ワード線の電圧をデータ線の電圧より高くなるよ
うに、データ線電圧以上に昇圧した高電圧源を用いてワ
ード線を駆動する方法がある。その方法を開示している
ものとしては、例えば、特開昭62-21323号公報がある。In a semiconductor memory (for example, a DRAM) using a MOS transistor as a transfer transistor of a memory cell, a data line is set so that a word line voltage is higher than a data line voltage in order to reduce loss of a signal voltage due to the transfer transistor. There is a method of driving a word line using a high voltage source boosted to a voltage or higher. Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-21323 discloses such a method.
上記特開昭62-21323号公報には、その第15図において
データ線電圧以上に昇圧した高電圧を必要以上に高くし
過ぎないように、データ線電圧以上に昇圧された高電圧
を出力する昇圧回路の出力にクランプ回路を設け、必要
以上に高くなり過ぎた場合には電流をリークさせ、電位
の上昇を防止する回路が記載されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-21323 discloses that the high voltage boosted above the data line voltage is output so as not to make the high voltage boosted above the data line voltage in FIG. 15 excessively high. A circuit is disclosed in which a clamp circuit is provided at the output of a booster circuit, and when the voltage becomes excessively high, a current is leaked to prevent a rise in potential.
しかし、このような方法では、クランプ回路を通じて
流れるリーク電流だけでは電圧上昇を十分に制御できな
い。However, in such a method, the voltage rise cannot be sufficiently controlled only by the leak current flowing through the clamp circuit.
そこで、本発明の目的は、安定したワード線電圧を発
生する半導体装置を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that generates a stable word line voltage.
上記目的は、複数のメモリセルと、上記複数のメモリ
セルの各メモリセル内のMOSトランジスタのゲートにそ
れぞれ接続される複数のワード線と、上記複数のワード
線の選択されたワード線を駆動するワード線駆動回路と
を具備する半導体装置において、 上記複数のメモリセルのうち上記選択されたワード線
にそのMOSトランジスタのゲートが接続されたメモリセ
ルに蓄積された情報を読み出す際に、動作電圧が供給さ
れ上記動作電圧よりも大きい電圧を上記ワード線駆動回
路に供給する電圧発生手段(MST)をさらに具備し、 上記ワード線駆動回路(第59図)は上記電圧発生手段
の出力と上記選択されたワード線との間に電流経路を形
成することにより、上記選択されたワード線に上記動作
電圧よりも大きい上記電圧発生手段の上記出力と略同一
電圧を供給し、 上記電圧発生手段は、上記動作電圧を上記動作電圧よ
り大きい電圧に昇圧する昇圧回路(TMC240,TMC241)
と、上記昇圧回路の出力に対応する電圧と所定の電圧と
を比較し上記昇圧回路の動作を制御する制御回路(QD24
0,QD241,QD242,QD243,QD244,QD245,TM246,TM247,NA24
0)とを有する半導体装置により達成される。The above object is to drive a plurality of memory cells, a plurality of word lines respectively connected to gates of MOS transistors in each memory cell of the plurality of memory cells, and a selected word line of the plurality of word lines. A semiconductor device including a word line driving circuit, wherein when operating information is read from a memory cell in which the gate of the MOS transistor is connected to the selected word line among the plurality of memory cells, an operating voltage is reduced. The word line driving circuit (FIG. 59) further includes a voltage generating means (MST) for supplying the supplied voltage higher than the operating voltage to the word line driving circuit. Forming a current path between the selected word line and the output of the voltage generating means which is higher than the operating voltage. A voltage boosting circuit (TMC240, TMC241) for boosting the operating voltage to a voltage higher than the operating voltage;
And a control circuit (QD24) that compares the voltage corresponding to the output of the booster circuit with a predetermined voltage and controls the operation of the booster circuit.
0, QD241, QD242, QD243, QD244, QD245, TM246, TM247, NA24
0).
上記制御回路は、上記昇圧回路の出力が上記所定の電
圧より大きいときにはそれ以上の電圧上昇を抑えるため
昇圧動作を停止し、所定の電圧より小さいときにはそれ
以上の電圧低下を防ぐため昇圧動作を行わせる。これに
より上記電圧発生手段の出力電圧の変動を抑制するの
で、信頼性の高い半導体装置を提供できる。When the output of the booster circuit is higher than the predetermined voltage, the control circuit stops the boosting operation to suppress a further voltage rise, and when the output of the booster circuit is lower than the predetermined voltage, performs a boosting operation to prevent a further voltage drop. Let This suppresses fluctuations in the output voltage of the voltage generation means, so that a highly reliable semiconductor device can be provided.
第1図は本発明の基本概念を示す一実施例である。同
図で1は半導体チツプ、2は半導体装置の本来の内部回
路、3は本発明の制御回路であり、製造条件や使用条件
の変動に応じた制御信号あるいは制御された内部電圧を
発生し、制御線5を介して回路2の動作を制御する。5
は1個の信号として示したが、回路2の回路に応じて複
数個用意される場合もある。FIG. 1 is an embodiment showing the basic concept of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor chip, 2 denotes an original internal circuit of a semiconductor device, and 3 denotes a control circuit of the present invention. The control circuit generates a control signal or a controlled internal voltage according to a change in manufacturing conditions or use conditions. The operation of the circuit 2 is controlled via the control line 5. 5
Is shown as one signal, but a plurality of signals may be prepared according to the circuit of the circuit 2.
本実施例によれば、回路2の特性は製造条件や使用条
件に応じて、特性がある一定の関係に保たれるため、高
安定,高信頼の半導体装置を実現できる。According to the present embodiment, the characteristics of the circuit 2 are maintained in a certain relationship according to the manufacturing conditions and the use conditions, so that a highly stable and highly reliable semiconductor device can be realized.
第2図は本発明の他の実施例であり、回路2の動作特
性、たとえば動作速度,動作電流などを検知線6を介し
て検出し、これに応じて制御信号を発生する点で異な
る。FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, which is different in that the operation characteristics of the circuit 2, for example, the operation speed, the operation current, etc., are detected via the detection line 6, and the control signal is generated accordingly.
本実施例によれば、2の動作特性を直接検知して、制
御信号を発生するので、第1図に比べさらに高精度の制
御が可能になり、より高安定,高信頼の半導体装置が実
現できる。According to this embodiment, since the control signal is generated by directly detecting the operation characteristics of 2, the control can be performed with higher precision than in FIG. 1, and a more stable and highly reliable semiconductor device can be realized. it can.
ここで検知線6は必要に応じて複数本設けてもよいの
はもちろんである。Here, it goes without saying that a plurality of detection lines 6 may be provided as necessary.
第3図は本発明の他の実施例であり、2の動作特性を
検知するために、2と類似の特性を持つ検出回路4を設
けた点で第2図の実施例と異なる。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, which differs from the embodiment of FIG. 2 in that a detection circuit 4 having characteristics similar to 2 is provided in order to detect the operation characteristics of 2.
本実施例によれば、回路2内に動作特性を検知するた
めに適当な回路部が無い場合でも、回路2の特性を4を
介して間接的に検知でき、これによつて、回路2の特性
がある一定の関係を保つように制御することができる。According to the present embodiment, even if there is no appropriate circuit section for detecting the operating characteristics in the circuit 2, the characteristics of the circuit 2 can be indirectly detected via 4 and thereby the circuit 2 can be detected. The characteristics can be controlled so as to maintain a certain relationship.
なお、ここで4も5によつて制御しているが、これ
は、4の特性を2と同様に変化させるためのものであ
り、目的に応じて5とは無関係に動作させることも考え
られる。Here, 4 is also controlled by 5 but this is to change the characteristic of 4 in the same manner as 2 and it is possible to operate it independently of 5 depending on the purpose. .
第4図は第1図の実施例を応用した実施例である。本
実施例では、制御回路3により電源線5Iを通じて内部回
路2の電源電圧を供給する。本実施例は例えば内部回路
2を微細な素子で構成する場合などに適している。すな
わち、5Iの電位を内部回路2を構成する素子の耐圧より
低い値に設定すれば、制御回路3により微細素子より成
る高集積の半導体装置を安定かつ高い信頼性を保つたま
ま動作させることができる。さらに、本実施例によれ
ば、外部電圧を低くする必要がないため、ユーザーに負
担をかけることがない。例えば、DRAMなどでは、256Kビ
ツト,1Mビツト,4Mビットと集積度を増すために素子の微
細化を行なう必要があるが、この場合、耐圧の低下に対
処して外部電圧を下げることは、従来品との互換性の点
から望ましくないので本実施例は有効である。なお、第
4図では制御線を複数示したが場合によつては内部回路
2の電圧のみを制御回路で制御することにより内部回路
の特性の安定化を図つてもよい。内部電圧は外部電源V
CCに対する内部電圧を変動を補償した上で、温度などの
外部条件,製造条件の変動による内部回路の特性変化を
補償するように変化させることもできる。なお、第4図
の実施例においては、外部電圧VCCが直接印加される制
御回路は、耐圧がVCC以上の素子を用いて構成すること
はもちろんである。しかし、場合によつては、集積度を
向上するため、あるいは、制御回路と内部回路の特性を
一致させるために制御回路の一部を耐圧の低い微細素子
で構成する必要のあることもあり得る。その場合には、
第5図のように、制御回路3の内部に電圧変換回路3Aを
設けてその出力線5Iを通してVCCより低い電圧を供給
し、内部回路2および制御回路3の中の耐圧の低い部分
3Bを制御すればよい。このように第5図の実施例によれ
ば制御回路も含めて微細化された素子で構成できるので
より集積度が向上する。さらに制御回路3Bと内部回路2
を同一の特性をもつ素子で構成できるので、内部回路2
の特性変動を制御回路3B内の回路の特性変動をもとに精
密に制御できるなどの利点がある。なお、第4,第5図の
実施例では必要に応じて内部回路内の一部の耐圧の高い
素子を外部電圧VCCで動作させてもよい。ところで第2
図,第3図において耐圧の低い微細素子を用いる場合に
も第4図,第5図と同様にして構成できることはもちろ
んである。又、第1図から第5図の実施例では、制御回
路をチツプ内に1個ずつ設けた例を示したが、必要に応
じて、内部回路2をいくつかに分けて、別各の制御回路
を設けてもよい。又、その場合に第1図から第5図の各
構成を必要に応じて組み合わせてもよいことはもちろん
である。上記のように内部回路2をいくつかに分けてそ
の特性を制御する場合には、個々の回路の機能により最
適の特性に制御することが可能となる。第6図は回路の
動作速度を異なる一定値に制御した場合を示したもので
ある。第6図において、破線C11は制御回路のない従来
の回路の動作速度を示したものであり、製造条件,使用
条件の変化に応じて動作速度は大きく変化している。こ
れに対して制御回路を複数設けた場合には、高速動作を
必要とする回路はB11のように高速に一定に保ち、低速
動作を必要とする回路はA11のように低速に一定に保つ
ことが可能である。たとえば、出力回路などでは、出力
の充放電を高速に行なうと、電源にノイズが生じて内部
回路の動作あるいは近くに配置された半導体装置に悪影
響を与える。そのような場合には出力回路のみを低速に
制御すれば、全体の速度を落とすことなく動作速度を一
定にできる。なお、ここでは製造条件,使用条件の変動
により回路動作が一定となるように制御する例を示した
が、必要に応じて所望の要因に対して所望の依存性を持
たせてもよい。例えば温度の上昇に伴い回路の動作速度
が高速となるような制御も可能である。FIG. 4 shows an embodiment in which the embodiment of FIG. 1 is applied. In this embodiment, the control circuit 3 supplies the power supply voltage of the internal circuit 2 through the power supply line 5I. This embodiment is suitable, for example, for a case where the internal circuit 2 is composed of fine elements. That is, if the potential of 5I is set to a value lower than the withstand voltage of the elements constituting the internal circuit 2, the control circuit 3 can operate the highly integrated semiconductor device composed of fine elements while maintaining stable and high reliability. it can. Furthermore, according to the present embodiment, there is no need to lower the external voltage, so that no burden is imposed on the user. For example, in DRAMs and the like, it is necessary to miniaturize elements to increase the integration density to 256K bits, 1M bits, and 4M bits.In this case, reducing the external voltage to cope with the decrease in withstand voltage is a conventional technique. This embodiment is effective because it is not desirable in terms of compatibility with products. Although a plurality of control lines are shown in FIG. 4, the characteristics of the internal circuit may be stabilized by controlling only the voltage of the internal circuit 2 with the control circuit in some cases. Internal voltage is external power supply V
After compensating the variation of the internal voltage with respect to the CC, it is also possible to change the compensation so as to compensate for the characteristic change of the internal circuit due to the variation of the external condition such as the temperature and the manufacturing condition. In the embodiment shown in FIG. 4, it goes without saying that the control circuit to which the external voltage V CC is directly applied is constituted by using an element having a withstand voltage of V CC or higher. However, in some cases, in order to improve the degree of integration or to match the characteristics of the control circuit and the internal circuit, it may be necessary to configure a part of the control circuit with fine elements having a low withstand voltage. . In that case,
As FIG. 5, inside provided with a voltage conversion circuit 3A of the control circuit 3 supplies a lower V CC voltage through its output line 5I, the lower portion of the breakdown voltage in the internal circuit 2 and the control circuit 3
3B can be controlled. As described above, according to the embodiment shown in FIG. 5, since it can be constituted by miniaturized elements including the control circuit, the degree of integration is further improved. Control circuit 3B and internal circuit 2
Can be composed of elements having the same characteristics,
There is an advantage that the characteristic fluctuation can be precisely controlled based on the characteristic fluctuation of the circuit in the control circuit 3B. The fourth, may be operated with high element of a part of the pressure in the internal circuit in the external voltage V CC as required in the embodiment of FIG. 5. By the way
4 and 5, it is a matter of course that the device can be configured in the same manner as in FIGS. 4 and 5 even when a fine element having a low withstand voltage is used in FIGS. Also, in the embodiment of FIGS. 1 to 5, an example is shown in which one control circuit is provided in each chip. However, if necessary, the internal circuit 2 is divided into several parts to control each other. A circuit may be provided. Further, in this case, it is needless to say that the components shown in FIGS. 1 to 5 may be combined as needed. When the internal circuit 2 is divided into several parts and the characteristics are controlled as described above, it is possible to control the characteristics to the optimum characteristics by the functions of the individual circuits. FIG. 6 shows a case where the operating speed of the circuit is controlled to a different constant value. In Figure 6, the dashed line C 11 is intended to show the operation speed of the conventional circuit without the control circuit, manufacturing conditions, the operating speed in accordance with a change in use conditions have changed significantly. The case of providing a plurality of control circuits contrast, circuits requiring high-speed operation was held constant at a high speed as B 11, circuits requiring low speed operation constant at a low speed as A 11 It is possible to keep. For example, in an output circuit or the like, if the output is charged and discharged at a high speed, noise is generated in the power supply, which adversely affects the operation of the internal circuit or a semiconductor device arranged nearby. In such a case, by controlling only the output circuit at a low speed, the operating speed can be kept constant without reducing the overall speed. Here, an example has been described in which the circuit operation is controlled so as to be constant by fluctuations in manufacturing conditions and use conditions. However, a desired dependency may be given to a desired factor as needed. For example, it is possible to perform control so that the operating speed of the circuit increases as the temperature rises.
その場合には半導体装置内の配線あるいは半導体装置
間の配線の抵抗の遅延が温度により増大するのを相殺す
るように制御することにより半導体装置あるいはそれを
含んで構成されるシステム全体の速度を一定に保つこと
ができる。第1図〜第6図の実施例によれば、製造条件
により回路の特性が変動することがないので、量産的に
おける良品の収率が向上する。さらに使用条件により特
性が変動しないので本実施例の半導体装置を用いて構成
したコンピユータなどのシステムの信頼性も向上する。
さらに場合によつては回路3内の2つの回路において、
両者の動作の同期をとらねばならないときがあるがこの
ようなときには本実施例を用いると回路特性の変動がな
いためタイミングマージンを極小に設定することができ
る。したがつてその分、半導体装置の速度を高速化でき
るという利点もある。例えば、DRAMでは、メモリセルア
レーと周辺回路の動作の同期をとる必要があるが、この
ような場合にも、本発明の適用によりタイミングマージ
ンを極小とできるため高速化が可能となる。このような
ことは、2つ以上の半導体装置の間において動作の同期
をとらねばならないときも同様で本発明を応用した半導
体装置を用いることにより複数の半導体装置より構成さ
れたコンピユータなどのシステムの動作速度も高速化で
きる。なお、第4図,第5図においては、正電源をVCC
としたいわゆるTTLインタフエースを仮定したが、ECLで
も同様である。以下でもTTLインタフエースを中心に説
明するが、本発明はこれに限定されることなくECLイン
タフエースにも応用できる。In this case, the speed of the semiconductor device or the entire system including the semiconductor device is controlled by controlling so that the delay of the resistance of the wiring in the semiconductor device or the wiring between the semiconductor devices is canceled by the temperature. Can be kept. According to the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, since the characteristics of the circuit do not fluctuate due to the manufacturing conditions, the yield of non-defective products in mass production is improved. Further, since the characteristics do not vary depending on the use conditions, the reliability of a system such as a computer constituted by using the semiconductor device of this embodiment is also improved.
Further, in some cases, in two circuits in circuit 3,
In some cases, it is necessary to synchronize the operations of the two. In such a case, the use of the present embodiment makes it possible to minimize the timing margin because there is no change in circuit characteristics. Therefore, there is an advantage that the speed of the semiconductor device can be increased accordingly. For example, in a DRAM, it is necessary to synchronize the operation of the memory cell array and the peripheral circuit. In such a case, the application of the present invention can minimize the timing margin and thus increase the speed. The same applies to the case where the operation must be synchronized between two or more semiconductor devices. The use of a semiconductor device to which the present invention is applied makes it possible for a system such as a computer including a plurality of semiconductor devices to be used. The operating speed can also be increased. In FIGS. 4 and 5, the positive power supply is connected to V CC
Assuming a so-called TTL interface, the same applies to ECL. In the following, description will be made focusing on the TTL interface, but the present invention is not limited to this, and can be applied to the ECL interface.
以下では具体的な回路の実施例を示す。まず、集積回
路の基本回路である駆動回路について、その特性を制御
する方法について述べる。Hereinafter, specific circuit examples will be described. First, a method for controlling characteristics of a driving circuit which is a basic circuit of an integrated circuit will be described.
第7図は、回路2内の駆動回路の特性を制御するため
の具体的実施例の一つである。同図では回路の電源電圧
を変えることにより、特性を制御する例を示している。
ここでは2を構成する要素回路2′として、Pチヤネル
MOSトランジスタTP1,NチヤネルMOSトランジスタTN1から
なるCMOSインバータを用いているが、この回路はNAND,N
OR回路など他の論理回路、さらにはバイポーラトランジ
スタで構成した回路あるいはバイポーラとMOSトランジ
スタの組み合わせで構成した回路、これらの各回路を任
意に複数個組み合せた回路などのいずれでもよい。FIG. 7 shows one specific embodiment for controlling the characteristics of the driving circuit in the circuit 2. In FIG. The figure shows an example in which the characteristics are controlled by changing the power supply voltage of the circuit.
Here, a P-channel is used as an element circuit 2 ′ constituting 2.
A CMOS inverter composed of a MOS transistor T P1 and an N-channel MOS transistor T N1 is used.
Other logic circuits such as an OR circuit, a circuit formed by bipolar transistors, a circuit formed by a combination of a bipolar transistor and a MOS transistor, or a circuit obtained by arbitrarily combining a plurality of these circuits may be used.
本実施例によれば、5の電圧VCONTを変えることによ
り、2′すなわち2全体の特性を制御することができ、
高安定,高信頼の半導体装置を実現できる。VCONTの値
は制御の対象となる2′の回路形式と目的によつて定ま
る。例えば、第7図(A)に示した。CMOSインバータの
動作速度を一定化し、信頼度を高めるためには、各種の
変動要因に対して、同図(B)のようにVCONTを変えれ
ばよい。すなわち、CMOSインバータの遅延時間tdは、主
な変動要因であるMOSトランジスタのゲート長Lg,しきい
電圧VT,ゲート酸化膜厚tOX,チヤネルコンダクタンス
β0,温度T(絶対温度),負荷容量CLに対して、ほぼ の関係にある。実際の回路においては、種々の事情によ
りこの関係式から多少ずれることもあるが、CMOS回路全
般において、式(1)で示した傾向はほぼ保たれる。し
たがつて、この式に応じてtdを一定に保つように、V
CONTを変化させればよい。すなわち、定性的な傾向とし
ては、同図(B)のように各変動要因(但しβ0はその
逆数)が大きく、あるいは高くなると共に、VCONTの値
が高くなるようにすれば、tdをほぼ一定に保つことがで
きる。これにより、製造条件や使用条件が変化しても動
作速度を一定に保つことができる。また本実施例におい
ては、温度変化にも応答するので、半導体装置自体の待
機時と通常動作時などの動作状態により、チツプの発熱
量が異なるために生じる温度変動あるいは周囲温度の変
動に対しても性能を一定に保つことができる。According to the present embodiment, by changing the voltage V CONT of 5, 2 ', that is, the overall characteristics of 2, can be controlled.
A highly stable and highly reliable semiconductor device can be realized. The value of V CONT depends on the type of circuit 2 'to be controlled and its purpose. For example, it is shown in FIG. 7 (A). In order to stabilize the operation speed of the CMOS inverter and increase the reliability, V CONT may be changed as shown in FIG. That is, the delay time td of the CMOS inverter is a main variable factor of the gate length Lg of the MOS transistor, the threshold voltage V T , the gate oxide film thickness t OX , the channel conductance β 0 , the temperature T (absolute temperature), and the load capacitance. For C L In a relationship. In an actual circuit, the relationship may slightly deviate from this relational expression due to various circumstances, but the tendency shown by the expression (1) is almost maintained in the entire CMOS circuit. Therefore, to keep td constant according to this equation, V
What is necessary is just to change CONT . In other words, as the qualitative tendency, as shown in FIG. 7B, if the fluctuation factors (where β 0 is the reciprocal thereof) are large or high and the value of V CONT is high, td can be reduced. It can be kept almost constant. As a result, the operating speed can be kept constant even if the manufacturing conditions or the use conditions change. Further, in this embodiment, since the semiconductor device responds to a temperature change, the semiconductor device itself responds to a temperature change or an ambient temperature change due to a difference in the heat generation amount of the chip depending on the operation state of the semiconductor device itself during standby and normal operation. Can also keep the performance constant.
なお、式(1)においては、P/N両チヤネルのMOSトラ
ンジスタで、共通してLg,vT,tOX,β0を定義したが、
実際にはそれぞれ別の値となる場合が多い。しかし、両
チヤネルでは電圧と電流の極性が異なるのみで、式
(1)の関係はそのまま成立するので、ここでは、特に
必要な場合を除き、区別せずに取り扱うことにする。In equation (1), Lg, v T , t OX , β 0 are commonly defined for both P / N channel MOS transistors.
In practice, they often have different values. However, in both channels, only the polarity of the voltage and the current are different, and the relationship of the expression (1) holds as it is. Therefore, here, they are handled without distinction unless particularly necessary.
なお、場合によつては回路の速度を一定にせず、所望
のパラメータに対して所望の依存性をもたせてもよいこ
とは前記したとおりである。例えば、前記したように温
度上昇に伴つて回路の速度を高速にしたい場合には、
(1)式より (VCONT−VT)∝T-1.5 とせず、 (VCONT−VT)∝T-n として n>1.5 とすればよい。As described above, in some cases, the circuit speed may not be constant, and a desired parameter may have a desired dependency. For example, if it is desired to increase the speed of the circuit as the temperature rises as described above,
From equation (1), (V CONT −V T ) ∝T− 1.5 is not used and (V CONT −V T ) ∝T− n may be set as n> 1.5.
次に、素子耐圧においては、絶縁破壊耐圧は、Lg,tOX
が小さくなると低下するので、やはり同様にVCONTを同
図(B)のように制御すればよい。また近年注目されて
いるMOSトランジスタのドレイン近傍で発生した。高エ
ネルギーのキヤリアがゲート酸化膜中に注入されてしき
い電圧が上昇し、チヤネルコンダクタンスが低下するな
どの特性が劣化する現象のため、動作電圧の上限が規定
される耐圧(以下ホツトキヤリア耐圧と称する)も、L
g,tOXが小さく、かつ温度Tが低くなる点、低くなるの
で、これに関してもVCONTを同図(B)のように制御す
ればよい。これにより、たとえ、製造ばらつきによつて
ホツトキヤリア耐圧が低くなつたとしても、VCONTも低
くなるので特性劣化などの問題を生じることはない。ま
た、たとえ、長期間の動作により、ホツトキヤリア現象
その他により、しきい電圧が高くなつたり、チヤネルコ
ンダクタンスが小さくなつたとしても、VCONTは同図
(B)のように制御されるので、特性を一定に保つこと
ができる。Next, regarding the element withstand voltage, the breakdown withstand voltage is expressed as Lg, t OX
Becomes smaller, the V CONT may be similarly controlled as shown in FIG. It has also occurred near the drain of a MOS transistor, which has recently attracted attention. A high-energy carrier is injected into the gate oxide film, which increases the threshold voltage and lowers the channel conductance. This causes a deterioration in characteristics, such as a withstand voltage that defines the upper limit of the operating voltage (hereinafter referred to as a hot carrier withstand voltage). ) Also L
Since g and t OX are small and the temperature T is low, the V CONT may be controlled as shown in FIG. As a result, even if the hot carrier breakdown voltage decreases due to manufacturing variations, V CONT also decreases, so that problems such as characteristic deterioration do not occur. Further, even if the threshold voltage becomes high due to the hot carrier phenomenon or the like due to the long-term operation, or the channel conductance becomes small, V CONT is controlled as shown in FIG. Can be kept constant.
先に述べたように、第7図の実施例は2′としてCMOS
インバータに限らず種々の回路を用いることができる。
例えば、第8図のようなBiCMOSインバータを用いてもよ
い。この場合には、出力をバイポーラトランジスタで駆
動できるのでより高速の動作を実現できる。又、第8図
ではバイポーラトランジスタQN3のコレクタを外部電源V
CCに接続した。これにより大部分の出力電流は外部電源
VCCより供給されるため制御回路3の駆動能力を小さく
でき、設計が容易となる。なお、バイポーラトランジス
タの耐圧が低い場合には、制御回路3の駆動能力を大き
くしてQN3のコレクタをVCONTとしてもよい。第6図の
2′として第9図,第10図に示したような回路を用いる
こともできる。As mentioned earlier, the embodiment of FIG.
Various circuits can be used without being limited to the inverter.
For example, a BiCMOS inverter as shown in FIG. 8 may be used. In this case, since the output can be driven by the bipolar transistor, higher-speed operation can be realized. In FIG. 8, the collector of the bipolar transistor Q N3 is connected to the external power supply V.
Connected to CC . This allows most of the output current to be
Since the power is supplied from V CC, the driving capability of the control circuit 3 can be reduced, and the design becomes easy. Note that when the breakdown voltage of the bipolar transistor is low, the collector may be a V CONT of Q N3 to increase the driving capability of the control circuit 3. A circuit as shown in FIGS. 9 and 10 can be used as 2 'in FIG.
第9図は、第7図の実施例にTN3,TN4からなる出力バ
ツフア回路を付加したものである。本実施例の動作速
度,出力電圧は第7図と同様にVCONTで制御されるが、
出力の負荷容量CLの駆動電流はVCCから供給されるた
め、第8図の実施例と同様に制御回路3の駆動能力を小
さくでき、設計が容易となる。FIG. 9 shows an embodiment in which an output buffer circuit comprising T N3 and T N4 is added to the embodiment of FIG. The operating speed and output voltage of this embodiment are controlled by V CONT as in FIG.
Since the driving current of the load capacitance C L of the output is supplied from the V CC, the Figure 8 embodiment as well as the drive capability of the control circuit 3 can be reduced, thereby facilitating the design.
第10図はTN3をバイポーラトランジスタQN3で置き換え
た実施例である。QN3の駆動能力が大きいため、より高
速に負荷を駆動できると同時に、VCONTの駆動能力をさ
らに軽減できる。FIG. 10 shows an embodiment in which T N3 is replaced by a bipolar transistor Q N3 . Since the driving capability of QN3 is large, it is possible to drive the load at a higher speed and further reduce the driving capability of V CONT .
第8図〜第10図の実施例においても、第7図と同様に
VCONTによつて、回路特性を制御することができる。8 to 10, the embodiment shown in FIG.
The circuit characteristics can be controlled by V CONT .
第11図は、駆動回路の特性を制御する他の具体的実施
例である。同図では第7図における要素回路2′の部分
のみを示しており、TP1TN1のCMOSインバータと外部電流
電圧VCCおよび接地間にPチヤネルMOSトランジスタTP2,
NチヤネルMOSトランジスタTN2を挿入し、そのゲート電
圧を制御することにより、インバータの動作電流を制御
し最終的に動作速度を制御している。すなわち、電流を
大きくする速度は速くなり、電流を小さくすると速度は
遅くなる。遅延時間tdは、各々の変動要因に対して、式
(1)と示したと同様な傾向を持つ。したがつて、同図
(B)に示すように、Lg,VT,tOX,1/β0,T,CLが大きく
なるにつれて、各々の電流が増えるように、すなわち、
PチヤネルMOSTのゲート制御用のVCONTは、高い値から
低い値へ、NチヤネルMOSTのゲートを制御するVCONT′
は低い値から高い値へ変わるようにすれば、tdをほぼ一
定に保つことが可能になる。FIG. 11 shows another specific embodiment for controlling the characteristics of the drive circuit. FIG. 7 shows only a part of the element circuit 2 'in FIG. 7, and a P-channel MOS transistor T P2 , between a CMOS inverter of T P1 T N1 and an external current voltage V CC and ground.
By inserting an N-channel MOS transistor T N2 and controlling its gate voltage, the operating current of the inverter is controlled and finally the operating speed is controlled. That is, the speed at which the current is increased increases, and the speed at which the current decreases decreases. The delay time td has the same tendency as shown in Expression (1) for each variation factor. It was but connexion, as shown in FIG. (B), Lg, V T , t OX, 1 / β 0, T, as C L increases, so that each current increases, i.e.,
V CONT for gate control of the P-channel MOST goes from a high value to a low value, V CONT ′ for controlling the gate of the N-channel MOST.
If is changed from a low value to a high value, td can be kept almost constant.
本実施例によれば、回路の動作電流は電源電圧から直
接供給され、VCONT,VCONT′はMOSトランジスタのゲート
のみを駆動すればよいので、制御回路3の駆動能力を小
さくでき、設計が極めて容易になる。なお、本実施例に
おいて、P,N両チヤネルMOSトランジスタで制御する方式
としたが、必要に応じてそのいずれか一方のみを設ける
ことも考えられる。なお、第11図の実施例においては、
MOSトランジスタTP1,TN1のゲート巾をTP2,TN2に較べて
大きくするなどにより、TP1,TN1のオン抵抗をTP2,TN2よ
り大きくしておけば、TP1,TN1を流れる電流はTP2,TN2の
オン抵抗で決まり、より制御しやすくなる。According to the present embodiment, the operating current of the circuit is directly supplied from the power supply voltage, and V CONT and V CONT ′ need only drive the gate of the MOS transistor. Extremely easy. In this embodiment, the control is performed by using both the P and N channel MOS transistors. However, it is also possible to provide only one of them if necessary. In the embodiment of FIG. 11,
By the gate width of the MOS transistor T P1, T N1 such as large compared to T P2, T N2, if the on-resistance of the T P1, T N1 is larger than T P2, T N2, T P1, T N1 current flowing through is determined by on-resistance of T P2, T N2, it becomes easier to control.
第11図では、インバータの例を示したが、本実施例は
これに限らずNAND回路,NOR回路など様々な論理回路にも
適用できる。すなわち、第11図において駆動回路の機能
を持つDRIVを論理回路におきかえればよい。Although FIG. 11 shows an example of an inverter, the present embodiment is not limited to this and can be applied to various logic circuits such as a NAND circuit and a NOR circuit. That is, the DRIV having the function of the drive circuit in FIG. 11 may be replaced with a logic circuit.
第12図(A),(B)は、第11図の制御法をCMOSに較
べて高駆動能力であるBiCMOSの駆動回路に適用した例で
ある。よく知られているようにBiCMOSでは、MOSトラン
ジスタによりバイポーラトランジスタのベース電流を制
御し、その電流をバイポーラトランジスタで増巾して負
荷容量を駆動する。したがつて(A)のようにベース電
流を制御することにより回路の速度を制御できる。第12
図(A)において入力INが低レベルとなるとpMOSTP2,nM
OSTN4がオン、nMOSTN3,TN2,TN1がオンする。その結果、
バイポーラトランジスタQN3がオンし、QN4はオフする。
このとき、QN3を流れるベース電流はVCONTがゲートに印
加されるTP1により制御できる。したがつて出力の充電
時の速度を、VCONTにより制御できる。一方、入力INが
高レベルとなると、バイポーラトランジスタQN3がオ
フ、QN4がオフして出力の放電が開始される。このときQ
N4のベース電流は、出力OUTより供給されるがこれはV
CONT′により制御できるので出力の放電速度はVCONT′
により制御できる。このようにして本実施例ではBiCMOS
回路の動作速度を制御することができる。なお、BiCMOS
回路の速度を制御するには、第11図においてDRIVの部分
を第12図(B)のように単純にBiCMOS回路で置きかえて
もよい。この場合、電流は第11図(A)のMOSトランジ
スタTP2,TN2できまるため、第12図(A)のようにベー
ス電流のみを制御する場合に較べて高精度に制御でき
る。又、第11図の回路に較べると、バイポーラトランジ
スタの駆動能力の分だけ、DRIV内のMOSトランジスタを
小さくできるので入力INからみた入力容量が小さいとい
う利点がある。すなわち前段の負荷が軽いため高速化が
できる。FIGS. 12A and 12B show an example in which the control method shown in FIG. 11 is applied to a BiCMOS drive circuit having a higher drive capability than CMOS. As is well known, in BiCMOS, a MOS transistor controls the base current of a bipolar transistor, and the bipolar transistor amplifies the current to drive a load capacitance. Accordingly, the speed of the circuit can be controlled by controlling the base current as shown in FIG. Twelfth
In the figure (A), when the input IN goes low, pMOST P2 , nM
OST N4 is turned on, and nMOST N3 , T N2 and T N1 are turned on. as a result,
Bipolar transistor Q N3 turns on and Q N4 turns off.
At this time, the base current through Q N3 can be controlled by T P1 where V CONT is applied to the gate. Therefore , the speed at which the output is charged can be controlled by V CONT . On the other hand, input IN becomes high, the bipolar transistor Q N3 is turned off, Q N4 discharge output turned off it is started. Then Q
The base current of N4 is supplied from output OUT, which is
The output discharge rate can be controlled by V CONT '
Can be controlled by Thus, in this embodiment, the BiCMOS
The operation speed of the circuit can be controlled. In addition, BiCMOS
To control the speed of the circuit, the DRIV portion in FIG. 11 may be simply replaced with a BiCMOS circuit as shown in FIG. 12 (B). In this case, since the current can be generated by the MOS transistors T P2 and T N2 in FIG. 11 (A), the current can be controlled with higher precision than when only the base current is controlled as shown in FIG. 12 (A). Further, compared with the circuit of FIG. 11, there is an advantage that the MOS transistor in the DRIV can be reduced by the amount corresponding to the driving capability of the bipolar transistor, so that the input capacitance viewed from the input IN is small. That is, since the load at the preceding stage is light, the speed can be increased.
第11図のように電源と駆動回路との間にMOSトランジ
スタを挿入して電流を制御する方法は他にも応用でき
る。第13図は入力振巾より高い出力振巾を得るためのレ
ベル変換回路に適用した例である。第14図を用いて第13
図の回路動作を説明する。Eが高電位の状態で入力INが
高電位VAになるとnMOSTN3を通してFの電位はVA−VT11n
の電位となる。次いでEが低電位になると、pMOSTP3が
オンしFの電位はVHとなる。この結果pMOSTP1がオフ、n
MOSTN1がオンとなり、出力OUTは0Vになる。なおFが高
電位VHに上昇する時、A,Cの電位はVAであるので、TN3は
オフであるのでFからCへ電流が流出してFの電位が下
がることはない。一方、Eが高電位の状態でINが低電位
になるとTN3がオンし、FもINと同じ低電位になる。こ
の結果TP1がオン、TN1がオフし、出力OUTが高電位VHに
充電される。なおこの回路では第9図の波線に示す様に
INが高電位VAになつてから、Eが低電位になるまでの期
間tCEが長いとFの高電位はVA−VTにしばらくとどまる
ので、TP1,TN1に貫通電流が流れ、OUTが不十分な低電位
にとどまる期間が存在する場合がある。したがつてtCE
の時間が短かくすることが望ましい。そのためにはINが
高電位になると同時にEを低電位に切換えればよい。こ
れにより上記問題は解決できる。The method of controlling the current by inserting a MOS transistor between the power supply and the drive circuit as shown in FIG. 11 can be applied to other applications. FIG. 13 shows an example applied to a level conversion circuit for obtaining an output amplitude higher than the input amplitude. Fig. 13 using Fig. 14
The circuit operation in the figure will be described. When the input IN goes to the high potential V A while E is at the high potential, the potential of F becomes V A −V T11n through nMOST N3.
Potential. Next, when E becomes low potential, pMOST P3 turns on and the potential of F becomes VH . This results in pMOST P1 off, n
MOST N1 turns on and the output OUT goes to 0V. Note When F is increased to a high potential V H, A, the potential of C is a V A, T N3 the potential of F will not be lowered by flowing out current from the F to C because it is off. On the other hand, when IN goes to a low potential while E is at a high potential, T N3 turns on, and F goes to the same low potential as IN. Consequently T P1 is turned on, T N1 is turned off, the output OUT is charged to a high potential V H. In this circuit, as shown by the broken line in FIG.
Since the high potential of F stays at V A −V T for a while if t CE is long from the time when IN becomes the high potential V A to the time when E becomes the low potential, a through current flows through T P1 and T N1. , OUT may remain at an insufficiently low potential. Therefore t CE
It is desirable to shorten the time. For that purpose, it is sufficient to switch E to a low potential at the same time as IN becomes a high potential. This solves the above problem.
以上のように第13図の実施例によれば、入力INの振巾
VAを高振巾VHに変換することができる。このとき、MOS
トランジスタTP2,TN2により電流を制御できるため、所
望の一定速度で動作させることができる。第13図の実施
例は、例えばダイナミツクメモリのワードドライバなど
入力電圧より高い出力電圧を得るための回路として有効
である。第15図は、駆動回路の速度を制御するための他
の実施例である。本実施例は、第11図における電流制御
用のMOSトランジスタより直接出力を得るようにノンイ
ンバータを構成した例である。第15図において入力電圧
が高レベルとなるとpMOSTP1,TP3がオフ、nMOSTN1,TN3が
オンする。この結果、pMOSTP2のゲートはVCONTとなり、
nMOSTN2のゲートは0Vとなる。これによりTP2がオンTN2
がオフして出力にはVCONTで所望の値に制御された電流
が流れ負荷を充電する。入力INが低レベルになると逆に
TP2がオフ、TN2がオンして放電動作が始まりOUTは0Vと
なる。このときTN2のゲート電圧はVCONT′であるので、
VCONTにより放電の速度も制御できる。本実施例では、
電源と出力の間に2つのMOSトランジスタが直列に接続
されることがないため高速動作に適している。又、直列
に接続した2つのトランジスタの特性変動の影響を考慮
しなければならない第11図の場合と較べて制御が容易で
ある。As described above, according to the embodiment of FIG. 13, the amplitude of the input IN
V A can be converted to high amplitude V H. At this time, MOS
Since the current can be controlled by the transistors T P2 and T N2 , the transistor can be operated at a desired constant speed. The embodiment of FIG. 13 is effective as a circuit for obtaining an output voltage higher than the input voltage such as a word driver of a dynamic memory. FIG. 15 shows another embodiment for controlling the speed of the drive circuit. This embodiment is an example in which a non-inverter is configured so as to obtain an output directly from the current control MOS transistor in FIG. In FIG. 15, when the input voltage becomes high, pMOST P1 and T P3 are turned off, and nMOST N1 and T N3 are turned on. As a result, the gate of pMOST P2 becomes V CONT ,
The gate of nMOST N2 goes to 0V. This turns on T P2 T N2
Is turned off, and a current controlled to a desired value by V CONT flows through the output to charge the load. Conversely, when input IN goes low
TP2 is turned off, TN2 is turned on and the discharging operation starts, and OUT becomes 0V. At this time, since the gate voltage of T N2 is V CONT ′,
V CONT also controls the rate of discharge. In this embodiment,
It is suitable for high-speed operation because two MOS transistors are not connected in series between the power supply and the output. In addition, the control is easier than in the case of FIG. 11 in which the influence of the characteristic fluctuation of the two transistors connected in series must be considered.
以上駆動回路の動作速度を制御する方法について述べ
てきたが、第7図から第12図及び第15図の回路では、そ
の一部に外部電圧VCCが印加されている。したがつて場
合によつてはVCCの変動を補償するのが困難となるなど
の問題を生ずることも考えられる。その場合には、第5
図に示したように制御回路3内に電圧変換回路3Aを設け
てその出力電圧VIを一定に保つことにより内部回路をV
CCの変動に対して安定に動作させることができる。この
場合、内部電圧VIを低く設定すれば、耐圧の低い微細化
された素子を安定に動作させることができる。第16図は
上記のようにチツプ内に電圧変換回路を設けた一実施例
である。第16図において5Iは、電圧変換回路3Aより制御
回路内の回路3B、および内部回路2へ電圧VIを供給する
ための電源線である。又、ICLは、第11図のMOSトランジ
スタTP2,TN2のように内部回路内の各回路DRIVの電流を
制御する電流制御回路である。本構成によれば、外部電
圧VCCに依らない一定電圧VIにより微細化された素子を
安定に動作させることができ、しかも各々の回路の機能
に応じた所望の速度で動かすことができる。The method of controlling the operation speed of the drive circuit has been described above. In the circuits of FIGS. 7 to 12 and 15, an external voltage V CC is applied to a part of the circuit. Therefore, in some cases, it may be difficult to compensate for fluctuations in V CC . In that case, the fifth
The voltage conversion circuit 3A to the control circuit 3 as shown in provided Figure V the internal circuit by keeping the output voltage V I constant
It can be operated stably against the fluctuation of CC . In this case, by setting a low internal voltage V I, the lower miniaturized device withstand voltage can be stably operated. FIG. 16 shows an embodiment in which the voltage conversion circuit is provided in the chip as described above. 5I in FIG. 16, a power supply line for supplying a voltage V I to the circuit 3B, and the internal circuit 2 in the control circuit from the voltage conversion circuit 3A. The ICL is a current control circuit for controlling the current of each circuit DRIV in the internal circuit, like the MOS transistors T P2 and T N2 in FIG. According to this configuration, the device is miniaturized by a constant voltage V I not according to the external voltage V CC can be operated stably, yet can be moved at a desired speed corresponding to the function of the circuit of each.
第17図は、CMOSインバータの動作速度を制御する他の
手段を示す実施例である。ここでは、TP1およびTN1の基
板SBP1,SBN1の電圧を制御することにより、TP1,TN1のし
きい電圧を制御し、その結果としてインバータの動作特
性を制御するものである。本実施例は、しきい電圧の変
動による特性変化を補償するのに好適である。FIG. 17 is an embodiment showing another means for controlling the operation speed of the CMOS inverter. Here, by controlling the voltage of the substrate SBP1, SBN1 of T P1 and T N1, to control the threshold voltage of T P1, T N1, and controls the operating characteristics of the inverter as a result. The present embodiment is suitable for compensating for a characteristic change due to a threshold voltage fluctuation.
第17図では、CMOSインバータについて示したが、BiCM
OSインバータなどMOSトランジスタを用いる他の回路に
も応用できる。又、このように基板電圧を制御する方式
をこれまで述べてきた他の制御法と組合わせることもも
ちろん可能である。Fig. 17 shows a CMOS inverter.
It can be applied to other circuits using MOS transistors such as OS inverters. In addition, it is of course possible to combine such a method of controlling the substrate voltage with the other control methods described above.
第7図から第17図まででは主にインバータ,ノンイン
バータNAND回路等駆動回路の特性を制御する方法につい
て述べてきたが、集積回路では、この他に電圧差に応じ
て出力を出す差動アンプも多用される。以下ではこの差
動アンプについての実施例を示す。Although FIGS. 7 to 17 have mainly described a method of controlling the characteristics of a drive circuit such as an inverter and a non-inverter NAND circuit, in an integrated circuit, a differential amplifier that outputs an output according to a voltage difference is additionally provided. Is also frequently used. Hereinafter, an embodiment of the differential amplifier will be described.
第18図は本発明の他の実施例であり、第11図の制御法
をMOSトランジスタで構成された差動アンプの動作速度
の制御に適用した実施例である。同図でIN1,IN2は差動
入力、OUT1,OUT2は差動出力である。本回路においても
動作速度は制御条件や使用条件の変動に対して第7図,
第11図と同様の傾向で変化する。したがつて、VCONT,V
CONT′を第11図(B)と同様に制御することにより、動
作電流が変わり、その結果として動作速度を製造条件や
使用条件に応じて制御することができる。この差動アン
プの出力電圧は動作電流と負荷MOSトランジスタTPL,
TPL′のオン抵抗の積で決まる。したがつて、動作電流
を決めTNCのオン抵抗とTPL,TPL′のオン抵抗の比が一定
となるように、VCONT,VCONT′を制御すれば、動作電流
とTPL,TPL′のオン抵抗の積すなわち出力電圧は一定に
保つたままで、動作速度を制御できる。FIG. 18 shows another embodiment of the present invention, in which the control method of FIG. 11 is applied to control of the operating speed of a differential amplifier constituted by MOS transistors. In the figure, IN1 and IN2 are differential inputs, and OUT1 and OUT2 are differential outputs. In this circuit as well, the operating speed is affected by changes in control conditions and operating conditions, as shown in FIG.
It changes in the same tendency as in FIG. Therefore, V CONT , V
By controlling CONT 'in the same manner as in FIG. 11 (B), the operating current changes, and as a result, the operating speed can be controlled according to manufacturing conditions and use conditions. The output voltage of this differential amplifier depends on the operating current and the load MOS transistor T PL ,
It is determined by the product of the ON resistance of T PL ′. Therefore, if the operating current is determined and V CONT , V CONT ′ is controlled so that the ratio of the ON resistance of T NC to the ON resistance of T PL , T PL ′ becomes constant, the operating current and T PL , T The operating speed can be controlled while keeping the product of the ON resistance of PL ', that is, the output voltage constant.
第19図は第18図のTNA,TNA′をNPNバイポーラトランジ
スタQNA,QNA′で置換えた実施例であり、第18図と同様
の効果が得られると同時に、増幅率が大きくとれるなど
の特長を有する。FIG. 19 shows an embodiment in which T NA and T NA ′ in FIG. 18 are replaced by NPN bipolar transistors Q NA and Q NA ′, and the same effect as that of FIG. 18 is obtained, and the amplification factor can be increased. Features such as
第20図は第19図の電流制御用トランジスタTNCをNPNバ
イポーラトランジスタQNCと抵抗RCで置換えたものであ
り、第18図,第19図と同様に動作速度が制御できる。ま
た、動作電流がより定電流化されるため、増幅率を大き
くできる特長も有する。FIG. 20 is a diagram in which the current control transistor T NC of FIG. 19 is replaced by an NPN bipolar transistor Q NC and a resistor RC , and the operation speed can be controlled in the same manner as in FIG. 18 and FIG. Further, since the operating current is made more constant, there is a feature that the amplification factor can be increased.
なお、第18-20図においてVCCを印加することが、耐圧
もしくはVCCの変動による特性変動の点で問題となる場
合には第5図のようにチツプ内部に設けた電圧変換回路
3Aにより所望の電圧を与えればよい。In the case where application of V CC in FIG. 18-20 is problematic in terms of characteristic fluctuation due to fluctuation of withstand voltage or V CC , a voltage conversion circuit provided inside the chip as shown in FIG.
What is necessary is just to give a desired voltage by 3A.
以上、回路2を構成する種々の要素回路の特性を制御
するのに好適な実施例について述べたが、次に、制御回
路3の具体的な実施例について述べる。The preferred embodiment for controlling the characteristics of various element circuits constituting the circuit 2 has been described above. Next, a specific embodiment of the control circuit 3 will be described.
第21図ははその一実施例である。同図でTPRはPチヤ
ネルMOSトランジスタ、CCは定電流iを流す定電流源で
ある。本実施例によれば、TPRのゲート長,しきい電
圧,ゲート酸化膜厚などの製造条件、あるいは温度など
の使用条件が変動しても、出力5にはTPRに一定電流を
流すに必要なゲート電圧が常に出力される。したがつ
て、第11図〜第13図,第15図,第18図〜第20図などのV
CONT発生回路として好適である。これらの回路に適用す
ると、TPRと第11図〜第13図,第15図のTP2、もしくは第
18図〜第20図のTPL,TPL′は良く知られているカレント
ミラー回路の接続となる。したがつて、TP2、もしくはT
PL,TPL′のトランジスタ寸法をTPRのそれに対して、適
当に選ぶことにより、各回路の動作電流を任意の一定値
に制御することができる。FIG. 21 shows an embodiment thereof. T PR is P-channel MOS transistor in FIG, CC is a constant current source for supplying a constant current i. According to this embodiment, the gate length of the T PR, threshold voltage, manufacturing conditions such as a gate oxide film thickness, or be varied using conditions such as temperature, the output 5 supplies a constant current to the T PR The required gate voltage is always output. Accordingly, V in FIGS. 11 to 13, FIG. 15, and FIGS.
It is suitable as a CONT generation circuit. When applied to these circuits, T PR and T P2 in FIGS. 11 to 13 and FIG.
T PL and T PL ′ in FIGS. 18 to 20 are connections of a well-known current mirror circuit. Therefore, T P2 or T
By appropriately selecting the transistor dimensions of PL and T PL ′ with respect to those of T PR , the operating current of each circuit can be controlled to an arbitrary constant value.
第22図は、第21図をNチヤネルMOSトランジスタで構
成した実施例であり、第11図〜第13図,第15図,第18図
〜第19図のVCONT′の発生回路として最適であり、第21
図と同様の効果が得られる。FIG. 22 shows an embodiment in which FIG. 21 is constituted by N-channel MOS transistors, which is optimal as a circuit for generating V CONT ′ in FIGS. 11 to 13, 15 and 18 to 19. Yes, No. 21
The same effect as in the figure can be obtained.
第23図は第21図と第22図を組み合せた実施例である。
本実施例によれば第11図〜第13図,第15図,第18図〜第
19図用のVCONT,VCONT′を同時に発生でき、しかも、こ
れらの電圧は同一定電流源を基にして発生されるため、
相互の整合性の高い極めて安定な電圧を得ることができ
る。FIG. 23 shows an embodiment in which FIG. 21 and FIG. 22 are combined.
According to this embodiment, FIG. 11 to FIG. 13, FIG. 15, FIG.
Since V CONT and V CONT ′ for FIG. 19 can be generated at the same time, and these voltages are generated based on the same constant current source,
An extremely stable voltage with high mutual matching can be obtained.
第24図はPチヤネルMOSトランジスタTPRとNチヤネル
MOSトランジスタTNRを直列に接続して、VCONTを発生し
た実施例である。本実施例によれば、P,N両チヤネルMOS
トランジスタの製造条件,使用条件の変動の影響がV
CONTの値に反映される。したがつて、第7図〜第10図の
VCONT発生回路として好適である。Figure 24 is P-channel MOS transistor T PR and N-channel
This is an embodiment in which V CONT is generated by connecting MOS transistors TNR in series. According to this embodiment, both P and N channel MOS
The effect of fluctuations in transistor manufacturing and operating conditions is V
Reflected in the value of CONT . Therefore, FIGS. 7 to 10
It is suitable as a V CONT generation circuit.
第25図は第24図の出力に、増幅器7と帰還率βの帰還
回路8からなる増幅段を付加した実施例である。本実施
例では、その増幅率を充分大きく選ぶと、出力VCONTは となり、βを適当に設定することにより、任意の値を得
ることができる。したがつて、VOで製造条件や使用条件
の変動の影響を反映する他に、βに製造条件や使用条件
依存性を持たせることによりβにその一部あるいは全部
の役割を分担させることもできる。FIG. 25 shows an embodiment in which an amplification stage comprising an amplifier 7 and a feedback circuit 8 having a feedback ratio β is added to the output of FIG. In the present embodiment, if the amplification factor is selected sufficiently large, the output V CONT becomes By setting β appropriately, an arbitrary value can be obtained. Therefore, in addition to reflecting the effects of fluctuations in manufacturing conditions and use conditions with V O , β can also be made to have part or all of its role by giving β dependencies on manufacturing conditions and use conditions. it can.
第26図は定電流値CCの具体的実施例の一つである。同
図のように定電流源CC1は抵抗R1〜R4、NPNバイポーラト
ランジスQN1,QN2で構成されている。本実施例ではQN1の
ベースBN1の電圧は、バイポーラトランジスタの電流増
幅率が充分大きく、またエミツタ−ベース間順方向電圧
をVBEとすると、VBE(R2+R3)/R3の一定電圧となる。FIG. 26 shows one specific embodiment of the constant current value CC. Constant current source CC 1 as shown in the figure is constituted by resistors R 1 ~R 4, NPN bipolar transient scan Q N1, Q N2. Voltage of the base B N1 of Q N1 in this embodiment, the current amplification factor of the bipolar transistor is sufficiently large and the emitter - when the base forward voltage and V BE, of V BE (R 2 + R 3 ) / R 3 The voltage becomes constant.
したがつて、 の一定電流が流れる。VBEは製造条件の変動の影響を受
けにくいので安定な電流を出力できる。Therefore, Constant current flows. V BE is less susceptible to fluctuations in manufacturing conditions and can output a stable current.
本実施例は接地に向つて外部からiが流れ込む形式で
あるため、第21図のような回路の定電流源として好適で
ある。In this embodiment, since i flows from the outside toward the ground, it is suitable as a constant current source for a circuit as shown in FIG.
第27図はPNPバイポーラトランジスタを用いて、定電
流源を構成した実施例である。電圧,電流の極性が第26
図と異なるのみで、動作は全く同一となる。本実施例は
電源電圧VCCからiが流れ出す形式であるため、第22
図,第24図,第25図のような回路の定電流源として好適
である。FIG. 27 shows an embodiment in which a constant current source is constituted by using a PNP bipolar transistor. Voltage and current polarities are 26
The operation is exactly the same except for the difference from the figure. In this embodiment, since i flows out of the power supply voltage V CC ,
It is suitable as a constant current source for the circuits shown in FIGS.
第28図は第27図のように電源電圧から電流が流れ出す
形式の定電流源をNPNバイポーラトランジスタで実現し
た実施例である。本実施例では、R1,R2,R3,QN2の動作電
流が定電流に加算される問題を有するが、QN1の電流増
幅率を充分大きくすることにより、その影響は無視でき
る。FIG. 28 shows an embodiment in which a constant current source of a type in which a current flows from a power supply voltage as shown in FIG. 27 is realized by an NPN bipolar transistor. In this embodiment, there is a problem that the operating currents of R 1 , R 2 , R 3 , and Q N2 are added to the constant current, but the effect can be ignored by sufficiently increasing the current amplification factor of Q N1 .
本実施例によれば、VCCから電流が流れ出す形式の定
電流源を、作り易く、高性能のNPNバイポーラトランジ
スタを用いて実現できる。なお、本実施例は、電流が流
入,流出するいずれの形式としても使用できる。According to the present embodiment, a constant current source of a type in which current flows from V CC can be easily formed using a high-performance NPN bipolar transistor. Note that the present embodiment can be used as any type in which current flows in and out.
第29図はこの特長を活かして,第23図の回路に上記定
電流源を適用したものである。本実施例により、VCONT,
VCONT′を同時に出力できる。FIG. 29 is a diagram in which the above constant current source is applied to the circuit of FIG. 23 taking advantage of this feature. According to this embodiment, V CONT ,
V CONT 'can be output simultaneously.
第30図は、例えば第26図の定電流源CC1のように接地
に向つて電流が流れ込む電流源CCと、PチヤネルMOSト
ランジスタTPMとTPM′から成るカレントミラー回路によ
り、VCCから電流が流れ出す形成の定電流源を実現した
実施例である。TPMとTPM′の寸法を同一にすることによ
り、両者に流れる電流を等しくでき、CCの出力電流iと
同一値の電流を電源電圧VCCから外部に出力することが
できる。これを第22図と同様にNチヤネルMOSトランジ
スタTNRに入力することにより、VCONT′を得ることがで
きる。本実施例では、TPMとTPM′の寸法比を適当に選ぶ
ことにより、CCの電流値に対して、出力電流を任意に定
めることができる。FIG. 30, for example, a current source CC that aerodrome current flows into the ground as a constant current source CC 1 of FIG. 26, a current mirror circuit composed of P-channel MOS transistor T PM and T PM ', from V CC This is an embodiment in which a constant current source formed so that a current flows out is realized. By making the dimensions of TPM and TPM 'the same, the current flowing in both can be made equal, and a current having the same value as the output current i of CC can be output from the power supply voltage Vcc to the outside. This similar to the FIG. 22 by inputting the N-channel MOS transistor T NR, it is possible to obtain the V CONT '. In this embodiment, the output current can be arbitrarily determined with respect to the current value of CC by appropriately selecting the dimensional ratio between TPM and TPM '.
第31図は、第30図においてTPMとCCによつて発生され
る電圧を、VCONTの電圧として供用したものである。本
実施例によりVCONT,VCONT′を同時に発生することがで
き、第23図と同様に両者の特性を整合性よく制御できる
特長を有する。FIG. 31, the voltage by connexion occurs T PM and CC in Figure 30 is obtained by in service as the voltage V CONT. According to the present embodiment, V CONT and V CONT ′ can be simultaneously generated, and have the feature that the characteristics of both can be controlled with good consistency as in FIG.
第32図はMOSトランジスタを用いて、高安定の定電流
源を実現する実施例である。FIG. 32 shows an embodiment for realizing a highly stable constant current source using MOS transistors.
同図で、TN61〜TN63はNチヤネルMOSトランジスタで
あり、TN61は負、TN62は正のしきい電圧を有する。TN63
のしきい電圧は正負のいずれでもよい。R61〜R63は抵
抗、7は差動増幅器である。In the figure, T N61 to T N63 are N-channel MOS transistors, T N61 has a negative voltage, and T N62 has a positive threshold voltage. T N63
The threshold voltage may be either positive or negative. R 61 to R 63 are resistors, and 7 is a differential amplifier.
ここで、R61,R62の値、およびTN61,TN62の寸法をそれ
ぞれ等しく設定しておけば、TN61,TN62に流れる電流が
互いに等しくなるように動作する。したがつて、TN62の
ゲート電圧VI6は、TN61とTN62のしきい電圧の差に等し
い値の電圧となる。このしきい電圧の差の値は製造条件
や使用条件によらず、ほぼ一定に保たれる。Here, if the values of R 61 and R 62 and the dimensions of T N61 and T N62 are set to be equal to each other, the operation is performed so that the currents flowing through T N61 and T N62 become equal to each other. Therefore, the gate voltage V I6 of T N62 becomes a voltage equal to the difference between the threshold voltages of T N61 and T N62 . The value of the difference between the threshold voltages is kept substantially constant irrespective of the manufacturing conditions and the use conditions.
以上の回路において、TN63のドレインおよびソース電
流は等しいので、出力電流iは、 のように表わすことができる。したがつて、VI6と同一
の特性を持つ電流出力が得られ、その値はR63によつて
任意に制御できる。In the above circuit, since the drain and source currents of TN63 are equal, the output current i is Can be expressed as Was but connexion, current output is obtained having the same characteristics as V I6, its value can be controlled by connexion optionally R 63.
本実施例は、たとえば第31図の電流源CCに用いるなど
各実施例の定電流源として用いることにより、高安定の
特性制御が可能になる。This embodiment enables highly stable characteristic control by being used as a constant current source in each embodiment such as the current source CC shown in FIG.
本実施例によれば、バイポートランジスタを用いなく
ても回路を構成することが可能となるので、MOSトラン
ジスタで構成された集積回路に好適である。According to the present embodiment, since a circuit can be formed without using a bipolar transistor, the present embodiment is suitable for an integrated circuit including MOS transistors.
第33図は第21図〜第25図および第30図〜第31図などの
定電流として、さらに好適な実施例を示している。本実
施例は、良く知られているバンドギヤツプジエネレータ
回路を定電流源として応用したもので、特に温度,電源
電圧などの変動に対して高安定の電流を得ることができ
る。FIG. 33 shows a further preferred embodiment as a constant current shown in FIGS. 21 to 25 and FIGS. 30 to 31. In this embodiment, a well-known bandgap generator circuit is applied as a constant current source, and it is possible to obtain a highly stable current with respect to fluctuations in temperature, power supply voltage, and the like.
同図においてQ51〜Q56はバイポーラトランジスタ、R
51〜R55は抵抗で、所望の温度特性をもつ定電流iを作
ることができる。なお、i51は抵抗R51を流れる電流、i
52はバイポーラトランジスタQ52のコレクタ電流、i53は
バイポーラトランジスタQ53のコレクタ電流である。以
下では、出力電流iについて説明する前に、まず本回路
の内部電圧VI1の値と温度依存性につき説明する。な
お、以下では簡単のためバイポーラトランジスタのコレ
クタ電流に較べてベース電流は無視できるものとし、コ
レクタ電流とエミツタ電流がほぼ等しいものとして説明
する。電圧VI1は次式で表わされる。In the figure, Q 51 to Q 56 are bipolar transistors, R
51 to R 55 is a resistor, it is possible to make a constant current i having a desired temperature characteristic. Note that i 51 is the current flowing through the resistor R 51 , i
52 the collector current of the bipolar transistor Q 52, i 53 is the collector current of the bipolar transistor Q 53. Hereinafter, before describing the output current i, the value of the internal voltage V I1 and the temperature dependency of the present circuit will be described first. In the following description, for simplicity, it is assumed that the base current is negligible compared to the collector current of the bipolar transistor, and that the collector current and the emitter current are substantially equal. Voltage V I1 is expressed by the following equation.
VI1=VBE(Q51)+I52・R52+VBE(Q52)−VBE(Q56)
…(4) ここでVBE(Q51),VBE(Q52),VBE(Q56)はそれぞ
れバイポーラトランジスタQ51,Q52,Q56のベース・エミ
ツタ間順方向電圧である。(4)式において電流I52は
次式で表わされる。V I1 = V BE (Q 51 ) + I 52 · R 52 + V BE (Q 52 ) −V BE (Q 56 )
(4) Here, V BE (Q 51 ), V BE (Q 52 ), and V BE (Q 56 ) are forward voltages between the base and the emitter of the bipolar transistors Q 51 , Q 52 , and Q 56 , respectively. (4) current I 52 in formula is represented by the following equation.
I52={VBE(Q55)−VBE(Q54)}/R54 …(5) ここで、バイポーラトランジスタQ55とQ54のエミツタ
面積を適当にえらぶことによりバイポーラトランジスタ
Q55の電流密度をバイポーラトランジスタQ54のn倍に設
定すれば、 が成立する。(6)式で、kはボルツマン定数、Tは絶
対温度、qは電子の電荷である。(4)〜(6)式より が成立する。したがつてバイポーラトランジスタQ55とQ
56のエミツタ電流密度が等しくなるように設計すると第
7式の右辺第3項,第4項はキヤンセルするので が成立し、電気VI1の温度依存性は となる。よく知られているように、バイポーラトランジ
スタのベース・エミツタ電圧は負の温度依存性を持つ。
したがつて(9)式より抵抗R52,R54の比もしくは、バ
イポーラトランジスタR55とR54のエミツタ電流密度の比
nを変えることによつて、∂VI1/∂Tを任意に設定で
きる。この温度係数を0にした時に得られるVI1の値
が、シリコン半導体のバンドギヤツプ電圧とほぼ等しい
1.2V前後の値になることから、一般にバンドギヤツプジ
エネレータと呼ばれている。I 52 = {V BE (Q 55 ) −V BE (Q 54 )} / R 54 (5) Here, the emitter area of the bipolar transistors Q 55 and Q 54 is appropriately selected to obtain the bipolar transistor.
By setting the current density of Q 55 to n times of the bipolar transistors Q 54, Holds. In the equation (6), k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, and q is electron charge. From equations (4) to (6) Holds. Accordingly, the bipolar transistors Q 55 and Q
If the emitter current densities of 56 are designed to be equal, the third and fourth terms on the right side of Equation 7 cancel. Holds , and the temperature dependence of electricity VI1 is Becomes As is well known, the base-emitter voltage of a bipolar transistor has a negative temperature dependence.
Therefore, by changing the ratio of the resistors R 52 and R 54 or the ratio n of the emitter current densities of the bipolar transistors R 55 and R 54 from equation (9), ΔV I1 / ΔT can be set arbitrarily. . The value of V I1 obtained when the temperature coefficient to zero, substantially equal to the bandgap voltage of silicon semiconductor
Since the value is around 1.2V, it is generally called a bandgap generator.
以上の回路において、Q56のコレクタ電流とエミツタ
電流はほぼ等しいので、出力電流iは のように表わすことができる。したがつて、VI1と同一
の特性を持つ電流出力が得られ、その値はR55によつて
任意に制御できる。In the circuit described above, since the collector current and the emitter current of Q 56 are substantially equal, the output current i Can be expressed as Was but connexion, current output is obtained having the same characteristics as V I1, its value can be controlled by connexion optionally R 55.
本実施例を既に述べた各実施例の定電流源として用い
れば、極めて高安定の制御が可能になる。特に温度に関
しては、目的に応じて、定電源の温度係数を0、あるい
は正もしくは負の任意の値に設定し、これによつて回路
の動作特性を任意に制御することができる。If this embodiment is used as a constant current source in each of the embodiments described above, extremely stable control can be performed. In particular, as for the temperature, the temperature coefficient of the constant power supply is set to 0 or any positive or negative value according to the purpose, whereby the operating characteristics of the circuit can be arbitrarily controlled.
また、本実施例の内部電圧VI1は高安定の定電圧源と
して使用することもできる。このとき、定電流出力iが
不要な場合はその出力端子をVCCに接続すればよい。Further, the internal voltage V I1 of the present embodiment can be used as a highly stable constant voltage source. At this time, if the constant current output i is unnecessary, its output terminal may be connected to V CC .
VI1は例えば第20図のVCONT′として用いることもで
き、その場合には差動増巾器の温度特性を制御すること
ができる。V I1 can be used, for example, as V CONT ′ in FIG. 20, in which case the temperature characteristics of the differential amplifier can be controlled.
これまでいくつかの具体的な実施例をあげと、本発明
による回路特性の制御法について述べてきた。これらの
実施例は容易に実現することができるが集積度を上げる
ために微細な素子で構成する場合には素子の耐圧が低く
なり、外部電圧VCCを素子に直接依頼することが困難と
なることもあり得る。又、外部電圧が変動すると所望の
特性を得ることが困難となることもあり得る。そのよう
な場合には、第4図,第5図,第16図の実施例のよう
に、チツプ内部で安定な電圧VIを作り、これをVCCの代
わりに用いればよい。このとき場合によりVCCを印加し
ても問題のないところにはVCCを印加してもよい。そう
すれば電圧VIを発生する電圧源の負担が減少するのでよ
り高安定にVIを保つことができる。第34図は内部電圧VI
を用いた場合にその動作速度を所望の値に制御するため
の一実施例を示している。ここでは、第11図に示したCM
OSインバータを第21図,第22図の回路で制御する場合例
にとり説明するが、これに限らず今まで述べた各種の実
施例に応用できる。第34図ではpMOSTP2とTPR,nMOSTN2と
TNRはカレントミラーを成す。したがつて前記の実施例
と同じようにTPRに対するTP2のサイズを適当に設定すれ
ば駆動回路DRIVの充電電流を任意の値に設定できる。
又、TNRに対するTN2のサイズを適当に設定すれば、放電
電流を任意の値に設定できる。ここで、pMOSTPRとTP2の
ソース電圧および電流源CC2の電源電圧VIを素子耐圧よ
り低い、値に保てば素子耐圧の低い微細素子を用いるこ
とができる。又、本実施例は、出力振巾もVIとなるの
で、次段に入力される電圧も安定に制御することがで
き、次段の動作も安定に保つことができる。なお、V
CONT,VCONT′発生回路31,32は複数の回路で共有するこ
とができ、その場合でもTP2,TN2の大きさを回路毎に設
定すれば、個々の回路を所望の速度で制御することがで
きる。The method of controlling the circuit characteristics according to the present invention has been described with reference to some specific embodiments. These embodiments can be easily realized, but when a fine element is used to increase the degree of integration, the withstand voltage of the element is low, and it is difficult to directly request the external voltage V CC to the element. It is possible. Also, if the external voltage fluctuates, it may be difficult to obtain desired characteristics. In such a case, FIG. 4, FIG. 5, as in the embodiment of FIG. 16, to make a stable voltage V I internal chip may be used it instead on V CC. May be applied to V CC is in place there is no problem by applying a V CC by the case this time. It can be kept higher stability V I Since the burden of the voltage source for generating a voltage V I is reduced if not. Figure 34 shows the internal voltage V I
5 shows an embodiment for controlling the operation speed to a desired value when using. Here, the CM shown in FIG.
An example in which the OS inverter is controlled by the circuits shown in FIGS. 21 and 22 will be described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to the various embodiments described above. In the FIG. 34 pMOST P2 and T PR, and nMOST N2
T NR forms a current mirror. The was is connexion the embodiment just like T PR charging current of the driving circuit DRIV be appropriately set the size of the T P2 for a can be set to any value.
Also, by appropriately setting the size of T N2 with respect to T NR , the discharge current can be set to any value. Here, lower than the source voltage and the power supply voltage V I and the breakdown voltage of the current source CC 2 of pMOST PR and T P2, it is possible to use a low fine elements of the device breakdown voltage Keeping the value. Further, this embodiment, the output since Fuhaba also becomes V I, voltage input to the next stage can also be controlled stably, next work can be kept stable. Note that V
CONT , V CONT ′ The generating circuits 31, 32 can be shared by a plurality of circuits. Even in this case, if the size of TP2 , TN2 is set for each circuit, each circuit is controlled at a desired speed. be able to.
次に第4図,第5図,第34図等のようにチツプ内部で
VCCより低い電圧を発生するのに好適な電圧変換回路の
実施例について述べる。Next, as shown in FIG. 4, FIG. 5, FIG.
An embodiment of a voltage conversion circuit suitable for generating a voltage lower than V CC will be described.
第35図は、上記電圧変換回路の構成を示した一実施例
である。ここでAは電圧変換回路、Fは定電圧発生回
路、Gは増巾器である。定電圧発生回路Fは、外部電源
電圧VCCより、定電圧VI1を発生する。増巾器Gは上記電
圧VI1を増巾して、内部回路2もしくは制御回路の一部3
Aに必要な電圧値VIを制御線5Iに出力する。ここで電圧V
Iは、定電圧回路Fと増巾器Gとによつて様々な特性を
もたせることができる。例えば温度依存性,外部電源電
圧依存性を補償すれば、第34図のような回路の出力振巾
をVCC、温度によらず一定とできるのでより高安定な動
作が実現できる。本実施例によれば、定電圧回路の出力
電圧VI1を増巾器Gで所望の電圧値に増巾できる。その
ため、定電圧回路の出力電圧VI1の値に制限されること
なく電圧VIの値を設定できる。FIG. 35 is an embodiment showing the configuration of the voltage conversion circuit. Here, A is a voltage conversion circuit, F is a constant voltage generation circuit, and G is an amplifier. The constant voltage generation circuit F generates a constant voltage V I1 from the external power supply voltage V CC . The amplifier G amplifies the voltage V I1 to increase the internal circuit 2 or a part 3 of the control circuit.
And it outputs a voltage value V I required A control line 5I. Where voltage V
I can have various characteristics by the constant voltage circuit F and the amplifier G. For example, if the temperature dependency and the external power supply voltage dependency are compensated, the output amplitude of the circuit as shown in FIG. 34 can be made constant regardless of V CC and temperature, so that a more stable operation can be realized. According to this embodiment, the output voltage V I1 of the constant voltage circuit can be increased to a desired voltage value by the amplifier G. Therefore, it sets the value of the voltage V I without being limited to a value of the output voltage V I1 of the constant voltage circuit.
第36図に示した実施例は、第35図において増巾器Gを
差動アンプGDと、帰還回路Hによつて構成したものであ
る。ここで帰還回路Hは、電圧VIが所望の値をとるとき
に出力I2に定電圧VI1に等しい電圧が出力されるように
設計する。本実施例によれば出力電圧VIの変動を帰還回
路Hを通して帰還しているため、制御線5Iより供給する
電流が時間とともに高速に変化する場合でも出力電圧VI
の値を精度よく一定に保つことができる。In the embodiment shown in FIG. 36, the amplifier G shown in FIG. 35 is constituted by a differential amplifier GD and a feedback circuit H. Here feedback circuit H is designed so that a voltage is output is equal to the constant voltage V I1 to the output I 2 when the voltage V I take a desired value. Due to the feedback of the variation of the output voltage V I according to this embodiment through the feedback circuit H, the output voltage V I even if the current supplied from the control line 5I is rapidly changing with time
Can be kept constant with high accuracy.
第37図は、第35図,第36図の実施例における定電圧発
生回路Fの具体的な構成例を示したもので第33図に示し
た電流源においてバイポーラトランジスタQ56のコレク
タをVCCに接続した回路である。第37図の回路において
出力電圧VI1とその温度依存性は(8),(9)式で与
えられる。抵抗の比もしくバイポーラトランジスタの電
流密度の比を変えることにより温度依存性を設定できる
ことは既にのべた通りである。本実施例を第35図,第36
図に示した実施例の定電圧発生回路Fに用いる場合に
は、後段の増幅器Gあるいは差動アンプGD、帰還回路H
の温度特性に合わせて、∂VI1/∂Tの値を設計するこ
とによつて、電圧変換回路Aの出力電圧VIの温度依存性
をゼロもしくは所望の値とすることができる。なお、第
37図の実施例においては、外部電圧VCCがバイポーラト
ランジスタのベース・エミツタ順方向電圧のほぼ2倍、
約1.8Vを越えると電圧VI2はVCCに依らずほぼ一定とな
る。したがつて本実施例を第35図,第36図に用いれば、
温度依存性,外部電圧依存性のない出力電圧VIを容易に
得ることができる。Figure 37 is Figure 35, the collector of the V CC of the bipolar transistor Q 56 in the current source shown in FIG. 33 in that shows a specific configuration example of the constant voltage generating circuit F in the embodiment of Figure 36 This is the circuit connected to. In the circuit of FIG. 37, the output voltage V I1 and its temperature dependence are given by equations (8) and (9). As described above, the temperature dependency can be set by changing the resistance ratio or the current density ratio of the bipolar transistor. This embodiment is shown in FIGS.
When used in the constant voltage generating circuit F of the embodiment shown in the figure, the amplifier G or the differential amplifier GD and the feedback circuit H
In accordance with the temperature characteristics can be Yotsute to design the value of ∂V I1 / ∂T, a zero or a desired value of temperature dependency of the output voltage V I of the voltage conversion circuit A for. In addition,
In the embodiment shown in FIG. 37, the external voltage V CC is almost twice the base-emitter forward voltage of the bipolar transistor,
When the voltage exceeds about 1.8 V, the voltage V I2 becomes almost constant regardless of V CC . Therefore, if this embodiment is used in FIGS. 35 and 36,
Temperature dependence, can be easily obtained an output voltage V I with no external voltage dependency.
ところで、これまで説明してきた実施例のようなお、
同一半導体基板中に定電圧回路Fとその他の回路を同時
に形成するときには、両者に用いるトランジスタをMOS
トランジスタ、もしくはバイポーラトランジスタの一種
類に統一した方がプロセス工程が簡略化でき、製造コス
トの低減が可能となる場合がある。したがつて定電圧回
路Fとして、第37図の実施例のようにバイポーラトラン
ジスタを用いたものではなく、MOSトランジスタを用い
たものが望ましいことがある。その場合には、例えば、
第32図においてMOSトランジスタTN63のドレインをVCCと
した回路のVI6を用いてもよいし、あるいは、 OGUEY,Journal of Solid-State Circuit,SC-15,Jun.'
80 もしくは BLAUSHILD,Journal of Solid-State Circuit,SC-13,D
ec.'78 に記載の定電圧発生回路などを用いればよい。By the way, like the embodiment described so far,
When the constant voltage circuit F and other circuits are formed simultaneously on the same semiconductor substrate, the transistors used for both are MOS transistors.
In some cases, unifying the transistor or one type of bipolar transistor simplifies the process steps and can reduce the manufacturing cost in some cases. Therefore, as the constant voltage circuit F, a circuit using a MOS transistor instead of a circuit using a bipolar transistor as in the embodiment of FIG. 37 may be desirable. In that case, for example,
In FIG. 32, V I6 of a circuit in which the drain of the MOS transistor T N63 is V CC may be used, or OGUEY, Journal of Solid-State Circuit, SC-15, Jun. '
80 or BLAUSHILD, Journal of Solid-State Circuit, SC-13, D
ec. '78 may be used.
第38図は、第36図における差動増巾回路GDの具体的な
実施例である。FIG. 38 shows a specific embodiment of the differential amplifier circuit GD in FIG.
第38図においては、端子I1に定電圧回路Fの出力電圧
VI1が、端子I2に帰還回路の出力電圧VI2が印加される。
本実施例では、端子I1,I2がバイポーラトランジスタの
ベース電極であるため、ゲインが高く電圧VIの変動を小
さく押えることができる。なお、第6図におけるPチヤ
ネルMOSトランジスタを第7図のように抵抗で代用する
こともできる。この抵抗は、バイポーラトランジスタの
ベース拡散層で構成することができるため、バイポーラ
トランジスタのコレクタ用の不純物層内に形成すること
ができる。したがつて回路のレイアウト面積を低減でき
る。In FIG. 38, the output voltage of the constant voltage circuit F to the terminal I 1
V I1 is the output voltage V I2 of the feedback circuit to the terminal I 2 is applied.
In this embodiment, since the terminal I 1, I 2 is the base electrode of the bipolar transistor can be suppressed small variation of the gain is high voltage V I. Note that the P-channel MOS transistor in FIG. 6 can be replaced by a resistor as shown in FIG. Since this resistor can be formed by the base diffusion layer of the bipolar transistor, it can be formed in the impurity layer for the collector of the bipolar transistor. Therefore, the layout area of the circuit can be reduced.
なお、第38図,第39図の差動アンプの電流源としては
様々な回路を考えることができるが、第40図,第41図の
ように1個のMOSトランジスタで実現することも可能で
ある。ここでMOSトランジスタTI61,TI71のゲートをI1に
接続した。VI1は前記のようにVCCに対して一定値となる
のでこのようにするとVCCに対してアンプの電流を一定
に保つことができる。さらにアンプの特性を安定に制御
する必要がある場合には、第18〜第20図に示したような
回路を用いて種々の制御を行なうこともできる。Although various circuits can be considered as the current sources of the differential amplifiers in FIGS. 38 and 39, they can be realized by one MOS transistor as shown in FIGS. 40 and 41. is there. Here the gate of the MOS transistor T I61, T I71 connected to I 1. Since V I1 has a constant value with respect to V CC as described above, this configuration can keep the current of the amplifier constant with respect to V CC . Further, when it is necessary to stably control the characteristics of the amplifier, various controls can be performed by using circuits as shown in FIGS.
第42図は、第36図における帰還回路Hの具体的な実施
例を示したものである。FIG. 42 shows a specific embodiment of the feedback circuit H in FIG.
第42図においては、制御線5Iの電圧VIに対して、出力
端子I2には、 が出力され、第36図の差動増巾器に入力される。したが
つて、定電圧回路Fの出力電圧をVI1、制御線5Iに出力
したい所望の電圧をVI0として を満たすように抵抗R81,R82を設計すればVI=VI0でVI1
=VI2となり制御線5Iの電圧は所望の電圧VI0で安定す
る。ここで、定電圧回路Fの出力電圧VI1を前記のよう
に温度依存性がゼロになるよう設計すれば、上記電圧V
E0の温度依存性もほぼゼロとすることができる。In the first 42 view, the voltage V I control lines 5I, the output terminal I 2, Is output to the differential amplifier shown in FIG. Therefore, the output voltage of the constant voltage circuit F is V I1 , and the desired voltage to be output to the control line 5I is V I0. If resistors R 81 and R 82 are designed to satisfy the condition, V I = V I0 and V I1
= V I2 , and the voltage of the control line 5I stabilizes at the desired voltage V I0 . Here, if the output voltage V I1 of the constant voltage circuit F is designed to have zero temperature dependency as described above,
The temperature dependence of E0 can be made almost zero.
なお、必要に応じてVI0に所望の温度依存性をもたせ
ることが可能なのはもちろんである。It is needless to say that V IO can have a desired temperature dependency as required.
第43図は、第36図における帰還回路Hの他の実施例を
示したものである。第43図の実施例においては、制御線
5Iを直接抵抗に接続せず、バイポーラトランジスタQ91
のベース電極に接続した。したがつてバイポーラトラン
ジスタQ91によつて電流が増巾されるため、第42図より
さらに高速動作が実現できる。またGDの負荷電流も軽減
できる。第43図においては(11)式,(12)式は各々 となるので、(14)式を満たすよう抵抗R91,R92の値を
決めればよい。ただし、この場合は(14)式より明らか
なように、 となるため、(15)式第2項のために電圧VI0の温度依
存性は、電圧VI1の温度依存性と一致しない。この場合
には(15)式より、 となるので、所望のVI0,∂VI0/∂Tに応じて(15),
(16)を満たすように設計すればよく、∂VI0/∂Tを
ゼロとすることもできるのはもちろんである。FIG. 43 shows another embodiment of the feedback circuit H in FIG. In the embodiment shown in FIG.
Do not connect 5I directly to the resistor, and use the bipolar transistor Q 91
Was connected to the base electrode. Since the although by connexion current connexion bipolar transistor Q 91 are Zohaba further be realized a high-speed operation than the 42 FIG. Also, the load current of GD can be reduced. In Fig. 43, equations (11) and (12) are Therefore, the values of the resistors R 91 and R 92 may be determined so as to satisfy the expression (14). However, in this case, as is clear from equation (14), Therefore , the temperature dependency of the voltage V I0 does not match the temperature dependency of the voltage V I1 due to the second term of the equation (15). In this case, from equation (15), Therefore, according to desired V I0 , ∂V I0 / ∂T, (15),
It is only necessary to design so as to satisfy (16), and it goes without saying that ΔV I0 / ΔT can be made zero.
さて、以上のような回路を用いると電源電圧(VCC)
が過大になつたとしても、出力電圧をVCCより低い一定
値にできるので微細な素子を破壊から防ることができる
という利点がある。ところが反面、有効なエージングテ
ストを実施するには必ずしも適さない場合がある。Now, using the above circuit, the power supply voltage (V CC )
Even if the value becomes excessive, the output voltage can be kept at a constant value lower than V CC , so that there is an advantage that a fine element can be prevented from being destroyed. However, on the other hand, it may not always be suitable for conducting an effective aging test.
通常の集積回路では、最終製造工程の後に、通常動作
で用いられる電圧より高い電圧を故意に回路内の各トラ
ンジスタに印加し、ゲート酸化膜不良などでもともと故
障の発生し易いトランジスタを初期に見つけるエージン
グテストを実施し、信頼性を保証している。このエージ
ングテストにより不良の発見率を向上させるには、正常
な素子が破壊するよりわずかに低い電圧を各素子に印加
する必要がある。ところが、上記のようにチツプ内部の
電圧変換回路を介して一定の電源電圧を供給するように
構成された集積回路チツプでは、内部回路に十分なエー
ジング電圧が加わらない恐れがある。その場合には、第
44図に示したように、電圧変換回路で発生する電圧V
Iを、外部電源電圧VCCが過剰に大きくなつたときに上昇
するように設計すればよい。第44図では、外部電源電圧
VCCがVCIからVCEまでは、内部発生電圧VIを一定値VI0に
保ち、VCCがVCEを起えるとVCCの上昇にともなつて上昇
するようにした。このようにVCE以上にVCCを上昇させる
とVIも上昇するので、エージングテスト時にはVCCをVCE
以上に上げるとチツプ内の回路にVI0より高い電圧を加
えることができる。そのために有効なエージングテスト
を行なうことができる。In a normal integrated circuit, after the final manufacturing process, a voltage higher than the voltage used in normal operation is intentionally applied to each transistor in the circuit, and a transistor that is likely to cause a failure due to a gate oxide film defect or the like is initially found. Aging tests are performed to ensure reliability. In order to improve the defect detection rate by this aging test, it is necessary to apply a voltage slightly lower than that of a normal element to a destruction. However, in the integrated circuit chip configured to supply a constant power supply voltage via the voltage conversion circuit inside the chip as described above, there is a possibility that a sufficient aging voltage may not be applied to the internal circuit. In that case,
As shown in Fig. 44, the voltage V generated by the voltage conversion circuit
I may be designed to increase when the external power supply voltage V CC becomes excessively large. In Figure 44, the external power supply voltage
From V CC is V CI to V CE keeps internally generated voltage V I at a constant value V I0, V CC is such that together a connexion increase the V CE rises electromotive force El and V CC. Since the V I also increases and raising the V CC or more to V CE in, V CE the V CC at the time of aging test
When the above is raised, a voltage higher than VIO can be applied to the circuit in the chip. Therefore, an effective aging test can be performed.
第45図は、第44図に示した電圧特性を実現するための
具体的な実施例を示したものである。第45図における定
電圧回路Fは、第37図の実施例において出力段Jのバイ
ポーラトランジスタのコレクタと端子Dの間に抵抗R111
を挿入したものであり、差動増巾器GDと帰還回路Hとは
第36図と同様に接続した。FIG. 45 shows a specific embodiment for realizing the voltage characteristics shown in FIG. Constant voltage circuit F in Figure 45, the resistance R 111 between the collector and the terminal D of the bipolar transistor of the output stage J in the embodiment of Figure 37
The differential amplifier GD and the feedback circuit H were connected in the same manner as in FIG.
また、バイポーラトランジスタQ111のコレクタをバイ
ポーラトランジスタQ112のベースに接続し、上記バイポ
ーラトランジスタQ112のエミツタを制御線5Iに、コレク
タをVCCに接続した。本回路においては、外部電源電圧V
CCが、出力電圧VIの安定点VI0に達した後、バイポーラ
トランジスタQ112がオンするまではVIはVI0に等しく一
定で、バイポーラトランジスタQ112がオンした後は出力
電圧はVCCとともに上昇する。バイポーラトランジスタQ
112がオンする点VCEは次式で与えられる。Also, connect the collector of the bipolar transistor Q 111 to the base of the bipolar transistor Q 112, the emitter of the bipolar transistor Q 112 to the control line 5I, and a collector connected to V CC. In this circuit, the external power supply voltage V
CC is, after reaching the stable point V I0 of the output voltage V I, at equal constant V I is V I0 until the bipolar transistor Q 112 is turned on, after the bipolar transistor Q 112 is turned ON output voltage V CC Rise with. Bipolar transistor Q
The point V CE at which 112 turns on is given by the following equation.
VCE=VI0+VBE(Q112)+R111・i11 …(17) ここで電流i11は抵抗R111を流れる電流で次式を満た
す。V CE = V I0 + V BE (Q 112 ) + R 111 · i 11 (17) where the current i 11 is a current flowing through the resistor R 111 and satisfies the following equation.
i11=VI1/R112 …(18) よつて、 であり、VCE以上にVCCが上昇するとVIは次式に従つて上
昇する。i 11 = V I1 / R 112 … (18) In it, V I and V CC rises above V CE is to follow connexion rise to the following equation.
以上のように本実施例によれば、外部電圧VCCがVCEを
こえると電圧VIがVCCにともない上昇するため、エージ
ングテストを有効に行なうことができる。 According to this embodiment, as described above, since the external voltage V CC exceeds V CE voltage V I increases with the V CC, it is possible to perform effectively the aging test.
ところで、VI0の温度依存性をゼロと設計したときのV
CEの温度依存性は、(19)式より 一方、VCC>VCEでのVIの温度依存性は となる。ここで帰還回路Hに第42図の回路を用いたとき
は(12)式より ゆえ VCC>VCEで、 となる。By the way, when the temperature dependence of V I0 is designed to be zero, V
From equation (19), the temperature dependence of CE On the other hand, the temperature dependence of V I at the V CC> V CE is Becomes Here, when the circuit of FIG. 42 is used for the feedback circuit H, from the equation (12) Therefore When V CC > V CE , Becomes
通常VCEの温度依存性は約−2mV/℃なのでVCEの温度依
存性及びVCE>VCCでのVIの温度依存性は非常に小さい。
又、帰還回路Hに第43図の実施例を用いた場合は、 としたときに、(14)式より となるので、(21),(22)式より VCC>VCEで となる。ここで(15),(19)式より、 をηとおくと が成立する。したがつて例えばVCE=6V、VI0=4Vとした
ときには、VBE(Q112)=VBE(Q91)=0.8Vとして となり(23−A),(23−B)より∂VCE/∂T及びVCC
>VCEでの∂VE/∂Tは各々約−1.25mV/℃及び約+1.25
mV/℃となるので帰還回路Hに第43図の回路を用いた場
合でもVCEの温度保存性及びVCC>VCEでのVEの温度依存
性は非常に小さい。さらに第43図の回路を用いたとき
に、VCEの値をVI0のほぼ2倍近傍にとることによつてV
CEの温度依存性とVCC>VCEでのVIの温度依存性も同時に
ほぼゼロとすることができる。すなわち、VBE(Q112)
≒VBE(Q91)とすると(23−C)よりη=1のときVBE
≒2VI0となり、 となる。又、(23−B)より となる。以上述べてきたように、帰還回路Hに第42図の
回路を用いたときも第43図の回路を用いたときにも第44
図の電圧特性をほとんど温度変動なく実現することがで
き、VCCVCEでの通常動作領域においてもVCC>VCEにお
けるエージングテストの領域においても温度依存性のほ
とんどない電圧VIを発生でき、内部回路群を安定に動作
させることができる。Temperature dependence of the normal V CE is the temperature dependency of V I at about -2 mV / ° C. Since the temperature dependence and V CE of V CE> V CC is very small.
When the embodiment of FIG. 43 is used for the feedback circuit H, And from equation (14) Therefore, from equations (21) and (22), V CC > V CE Becomes Here, from equations (15) and (19), Let η be Holds. Therefore, for example, when V CE = 6 V and V I0 = 4 V, V BE (Q 112 ) = V BE (Q 91 ) = 0.8 V 23V CE / ∂T and V CC from (23-A) and (23-B)
∂V E / ∂T at V CE is about -1.25 mV / ° C and about +1.25, respectively.
mV / ° C. and since the temperature dependence of V E at a temperature storability and V CC> V CE of V CE even when a circuit of FIG. 43 in the feedback circuit H is very small. Further, when the circuit of FIG. 43 is used, the value of V CE is set to almost twice the value of V I0 , whereby
Temperature dependence of V I at a temperature dependence and V CC> V CE of CE can also be substantially zero at the same time. That is, V BE (Q 112 )
If BEV BE (Q 91 ), then (23−C), V BE when η = 1
≒ 2V I0 , Becomes Also, from (23-B) Becomes As described above, both when the circuit shown in FIG. 42 is used as the feedback circuit H and when the circuit shown in FIG.
Voltage characteristics of Fig can hardly be realized without temperature fluctuations, can also generate a little voltage V I of the temperature dependence in the region of the aging test in even V CC> V CE in normal operation region in V CC V CE , The internal circuit group can be operated stably.
前記したようにVI0に必要に応じて温度依存性をもた
せることももちろん可能である。さらに、エージングテ
スト領域の温度依存性をVI0と独立に設定する必要のあ
るときには、第37図のようにQ111のコレクタをVCCに接
続しKのバイアス用にR111と所望の温度依存性をもつ電
流源をFとは別に設ければよい。As described above, it is, of course, possible to give temperature dependence to VIO as needed. Furthermore, when in the temperature dependence of the aging test area must be set independently of the V I0 is the desired temperature dependence and R 111 the collector of Q 111 as Figure 37 for the bias connected to V CC K A current source having a characteristic may be provided separately from F.
第45図においてはVCCVCEにおいて電圧VIを上昇させ
るためバイポーラトランジスタQ112を用いた。しかし、
nMOSトランジスタでQ112をおきかえ上記nMOSトランジス
タのゲートを端子Kに、ドレインをVCCにソースをEに
接続して構成することも可能なのはもちろんである。こ
のとき端子KはnMOSトランジスタのゲートに接続される
ので電流を供給する必要はない、したがつて、定電圧発
生回路の設計が容易にできる。In Figure 45 using the bipolar transistor Q 112 to raise the voltage V I at V CC V CE. But,
The gate of the nMOS transistor replacing the Q 112 by the nMOS transistor to the terminal K, that the also possible of course be constructed by connecting the source to drain to V CC in E. At this time, since the terminal K is connected to the gate of the nMOS transistor, there is no need to supply a current, so that the design of the constant voltage generating circuit can be facilitated.
以上述べてきた実施例によれば、所望の温度依存性を
もち、所望の範囲で外部電源電圧にもよらない安定した
電圧を制御線5Iより供給することができる。したがつ
て、同一チツプ内の回路を安定に動作させることができ
る。しかし、制御線5Iより供給される電流が特に大きい
場合などにおいては、電圧の変動を防ぐために電圧変換
回路Aに電流増巾用のバツフア回路を加えてバツフア回
路の出力5I′を制御線として用いればよい。According to the embodiment described above, a stable voltage having a desired temperature dependency and not depending on the external power supply voltage within a desired range can be supplied from the control line 5I. Therefore, circuits in the same chip can be operated stably. However, when the current supplied from the control line 5I is particularly large, a buffer circuit for current amplification is added to the voltage conversion circuit A in order to prevent voltage fluctuation, and the output 5I 'of the buffer circuit is used as a control line. I just need.
第46図は上記バツフア回路の一実施例を示したもので
C121,C122は端子NB、制御線5I′の電位変動を小さくす
るためのキヤパシタである。第46図において5I′の電圧
VI′は、 VI′=VCC−VBE(Q121)(VCCVI+VBE(Q121) …(24) もしくは VM=VI+VBE(Q121)−VBE(Q121)(VCC>VI+VBE(Q
121) …(25) と表わされる。FIG. 46 shows an embodiment of the buffer circuit.
C 121, C 122 is a Kiyapashita for reducing the potential variation of the terminal N B, the control line 5I '. In Fig. 46, the voltage of 5I '
V I ′ is V I ′ = V CC −V BE (Q 121 ) (V CC V I + V BE (Q 121 )... (24) or V M = V I + V BE (Q 121 ) −V BE (Q 121 ) (V CC > V I + V BE (Q
121 )… (25)
したがつて、本実施例では VCC≧VI+VBE(Q121) …(26) の領域ではVI′はVIとほぼ等しくなる。VIの発生回路に
前述の実施例を用いることによりVI′の温度依存性も制
御することができる。本回路では5I′はバイポーラトラ
ンジスタのエミツタに接続されているため、制御線5I′
より大きな電流を供給できる。すなわち回路へ供給する
電流が大きい場合にも電圧VI′を安定に保つことができ
る。Was but connexion, approximately equal to V I 'is V I in the region of the V CC ≧ V I + V BE (Q 121) ... (26) in this embodiment. Temperature dependence of V I 'by using the embodiment described above the generator of V I can also be controlled. In this circuit, since 5I 'is connected to the emitter of the bipolar transistor, the control line 5I'
A larger current can be supplied. That is, even when the current supplied to the circuit is large, the voltage V I ′ can be kept stable.
第47図は第46図のバイポーラトランジスタをMOSトラ
ンジスタでおきかえた例である。本実施例ではVTH(M
132)をMOSトランジスタのしきい電圧として VCC≧VI+VTH(Q132) …(27) の領域においてVI′はほぼVIと等しくなる。FIG. 47 shows an example in which the bipolar transistor of FIG. 46 is replaced with a MOS transistor. In this embodiment, V TH (M
132 ) is defined as the threshold voltage of the MOS transistor, and in the region of V CC ≧ V I + V TH (Q 132 ) (27), V I ′ becomes substantially equal to V I.
MOSトランジスタのしきい電圧は容易にコントロール
できるので、本実施例ではVCCの低いうちからVI′をVI
と等しくして出力電圧VI′の安定化を図ることができ
る。Since the threshold voltage of the MOS transistor can be easily controlled, the V I 'from among low V CC in this embodiment V I
And the output voltage V I ′ can be stabilized.
上記した2つの実施例では、電圧VIと、バツフア回路
の出力電圧VI′が等しくなる外部電圧の範囲が、(26)
式,(27)式で表わされるようにバイポーラトランジス
タのベース・エミツタ間の順方向電圧もしくはMOSトラ
ンジスタのしきい電圧によつて制限されてしまう。した
がつて例えば、外部電圧VCCが4V以上において電圧変換
回路の出力電圧VIが4Vで一定になるように設計したとし
ても、第46図のバツフアの出力電圧VI′は、VCCが約4.8
V以上にならないと4V一定とならない。そのため外部電
圧VCCに対する内部回路の動作マージンを狭めてしまう
こともあり得る。そのような場合には、第48図に示した
ようなバツフア回路を用いればよい。第48図は、5I′を
PチヤネルMOSトランジスタM141のドレインに接続し、
該MOSトランジスタのソースを外部電源VCCに接続して、
ゲートG141を差動アンプOの出力電圧で制御するように
したものである。ここで、差動アンプの入力端子には、
それぞれ電圧変換回路Aの出力電圧VIと、本バツフア回
路の出力電圧VI′を入力した。ここでキヤパシタC141は
出力電圧VI′の変動を押えるためのものである。本構成
によれば上記差動アンプによつて出力電圧VI′は、電圧
VIに等しい値に保たれる。したがつて第46図,第47図の
実施例とは異なり、出力電圧VI′を外部電圧VCCによら
ず電圧VIに等しくすることができるので外部電圧VCCの
広い範囲で安定な電圧を得ることができる。In the two embodiments described above, the voltage V I, the range of the output voltage V I 'is equal to the external voltage of the buffer circuit, (26)
As expressed by the equation (27), the voltage is limited by the forward voltage between the base and the emitter of the bipolar transistor or the threshold voltage of the MOS transistor. It was but connexion example, as an output voltage V I of the voltage conversion circuit in the external voltage V CC is higher 4V was designed to be constant at 4V, the output voltage V I of the buffer of Figure 46 'is, V CC is About 4.8
Unless it becomes more than V, 4V is not constant. Therefore it may sometimes become narrowed the operation margin of the internal circuit to the external voltage V CC. In such a case, a buffer circuit as shown in FIG. 48 may be used. FIG. 48 shows that 5I ′ is connected to the drain of a P-channel MOS transistor M141,
Connect the source of the MOS transistor to the external power supply V CC ,
The gate G141 is controlled by the output voltage of the differential amplifier O. Here, the input terminal of the differential amplifier
The output voltage V I of the voltage conversion circuit A and the output voltage V I ′ of the buffer circuit were input. Here, the capacitor C 141 is for suppressing the fluctuation of the output voltage V I ′. According to this configuration, the output voltage V I ′ by the differential amplifier is
It is kept equal to V I. The While connexion Figure 46, unlike the embodiment of FIG. 47, stable in a wide range of the external voltage V CC because the output voltage V I 'can be equal to the voltage V I regardless of the external voltage V CC Voltage can be obtained.
第49図は、第48図の具体的な回路構成の一例を示した
ものである。第49図において端子P,には各々逆相の信
号を印加する。以下では、信号Pが高レベル、が低レ
ベルにある場合について回路動作を説明するが、信号P
が低レベル、が高レベルにある場合でも同様である。
また、本実施例の説明については、VCCを5V、VIを4Vと
して説明するが、他の電圧関係にあるときにも同様であ
る。また、簡単のためバイポーラトランジスタのベース
・エミツタ電圧は0.8Vであるとして説明する。VIが4Vの
とき、バイポーラトランジスタQ153のベース電位VB153
は1.6Vとなる。このとき、端子5I′の電位VI′は4V、バ
イポーラトランジスタQ154のベース電位VB154は1.6Vと
なる。ここでVI′が低下するとVB154も低下し、バイポ
ーラトランジスタQ154のコレクタ電流は減少する。一
方、バイポーラトランジスタQ153のコレクタ電流は増加
するため、抵抗R151を流れる電流が増加する。その結果
MOSトランジスタM141のゲートVGM141が低下する。よつ
てMOSトランジスタM141のドレイン電流が増加してVI′
が上昇して4Vに回復する。逆に、VI′が上昇するとV
GM141が上昇し、MOSトランジスタM141がオフしてVI′は
下降し4Vに回復する。なお、ここでバイポーラトランジ
スタQ153のコレクタとVCCの間にダイオードD153〜155
が直列に接続されているためコレクタ電位は2.6Vより下
がることはない。一方、ベース電位VB153は1.6Vである
ためバイポーラトランジスタQ153のベース電位は常にコ
レクタ電位より低い。よつてバイポーラトランジスタQ
153が飽和することはない。バイポーラトランジスタQ
154のベース電位はVI′−2.4V、コレクタ電位はVCC−2.
4Vであり、通常VIはVCCより低いゆえQ154も飽和するこ
とはない。ところで制御線5I′に接続される回路が待期
状態にあるときには、5I′より流れる電流は少なくほぼ
一定である場合が多い。このときにはアンプに流れる電
流をへらしても、VIを一定に保つことができ、電流をへ
らすことにより消費電力を低く押えることができる。そ
のためには、抵抗R152の抵抗値をR151より大きくし、MO
SトランジスタM153,M154,M155のゲート巾を各々M156,M
157,M158より大きく設定し、かつ5I′に接続される回路
が待期時にあるときは端子P,の電位を各々低レベル,
高レベルに切りかえればよい。FIG. 49 shows an example of a specific circuit configuration in FIG. 48. In FIG. 49, signals having opposite phases are applied to the terminals P and P, respectively. Hereinafter, the circuit operation when the signal P is at a high level and when the signal P is at a low level will be described.
The same applies when is at a low level and is at a high level.
In addition, the description of the present embodiment is described the V CC 5V, a V I as 4V, is the same when in another voltage relationship. For simplicity, it is assumed that the base-emitter voltage of the bipolar transistor is 0.8V. When V I is 4 V, the base potential V B153 of the bipolar transistor Q 153
Is 1.6V. At this time, 'the potential V I' of terminal 5I is 4V, the base potential V B 154 of the bipolar transistor Q 154 becomes 1.6V. Here V B 154 also decreases when V I 'is reduced, collector current of the bipolar transistor Q 154 is reduced. On the other hand, the collector current of the bipolar transistor Q 153 is to increase, the current flowing through the resistor R 151 is increased. as a result
Gate V GM141 of the MOS transistor M 141 is reduced. As a result, the drain current of the MOS transistor M 141 increases and V I ′
Rises to 4V. Conversely, when V I ′ rises, V
GM141 rises, MOS transistor M 141 is V I 'is turned off to restore the lowered 4V. Here, diodes D 153 to D 155 are connected between the collector of bipolar transistor Q 153 and V CC.
Are connected in series, the collector potential does not fall below 2.6V. On the other hand, the base potential of the bipolar transistor Q 153 for the base potential V B153 is 1.6V is always lower than the collector potential. Bipolar transistor Q
153 never saturates. Bipolar transistor Q
The base potential of 154 V I '-2.4 V, the collector potential V CC -2.
QV 154 does not saturate because V I is typically less than V CC . By the way, when the circuit connected to the control line 5I 'is in the waiting state, the current flowing from 5I' is small and often almost constant. Even by reducing the current flowing through the amplifier at this time, it can keep the V I constant, it is possible to suppress the power consumption low by reducing the current. For this purpose, the resistance value of the resistor R 152 and larger than R 151, MO
The gate widths of the S transistors M 153 , M 154 , M 155 are set to M 156 , M
157 and M 158 , and when the circuit connected to 5I 'is on standby, the potential of the terminal P is set to a low level.
You can switch to a higher level.
なお、第35図〜第49図で述べてきた電圧発生回路の出
力VI又はVI′を第34図の電源など以外に第7図〜第10図
のVCONTとして用いることもできる。前述したように、
第35図〜第49図の実施例によれば、VI,VI′の、外部電
圧VCC、温度による変動を制御できるので第7図〜第10
図の回路特性をVCC、温度について一定に保つことがで
きる。したがつて、製造条件の変動にくらべて特にVCC
又は温度変動が問題となるときには有効である。It is also possible to use as the V CONT in FIG. 35, second 49 Figure 7 to 10 diagram the output V I or V I 'in addition to such supply of the FIG. 34 of the voltage generating circuit has been described in FIG. As previously mentioned,
According to the embodiment of FIGS. 35 to 49, fluctuations of V I , V I ′ due to external voltage V CC and temperature can be controlled.
The circuit characteristics shown in the figure can be kept constant with respect to V CC and temperature. Therefore, especially for V CC,
Or, it is effective when temperature fluctuation is a problem.
これまで、回路動作を制御する具体的な方法について
述べてきたが、このうち内部回路の特性を検出して制御
する手段としては、第48図のように電圧値を検出するも
のを中心に述べたきた。しかし、場合によつては次のよ
うに信号の位相差を検出して制御する方法も使うことが
できる。So far, specific methods for controlling the circuit operation have been described. Of these, the means for detecting and controlling the characteristics of the internal circuit mainly focus on those that detect voltage values as shown in Fig. 48. I'm sorry. However, depending on the case, a method of detecting and controlling the phase difference of the signal as follows can be used.
第50図は、第2図の構成による具体的実施例を示して
いる。本実施例では、回路2内の所定の2つパルス
φ1,φ2の位相時間差Δtを検出し、これに応じ2の
動作を制御し、その動作速度を一定に保つ例である。FIG. 50 shows a specific embodiment using the configuration of FIG. In this embodiment, two predetermined pulse phi 1 in the circuit 2 detects the phi 2 of the phase time difference Delta] t, and controls the second operation response, is an example of keeping the operating speed constant.
同図でF/Fはセツト・リセツト形のフリツプフロツプ
であり、φ1とφ2の時間差Δtに等しいパルス幅の信
号φIを出力する。SWI,SWR,SWSはスイツチ、CI,CHは容
量、VREFは参照用の基準電圧である。以下、本回路の動
作を同図(B)を参照しながら説明する。F / F in the figure is a flip-flop of the excisional-reset type, and outputs a signal phi I of pulse width equal to the time difference Δt of phi 1 and phi 2. SW I, SW R, SW S is switch, C I, C H is the capacitance, V REF is the reference voltage for reference. Hereinafter, the operation of this circuit will be described with reference to FIG.
まず、φ1が入力されるとφIが出力される。これに
よりSWIがオンとなり、容量CIが定電流iで充電されCI
の端子31の電圧は徐々に上昇する。Δt時間経過後にφ
2が入力されると、φIは低電位になり、SWIはオフに
なる。したがつて、31の電圧VHLはΔtに比例した電圧
となる。この電圧はφSが入力されてSWSがオンになる
と容量CHに取り込まれる。ここで、CI》CHのようにして
おけば、32の電圧はVHLにほぼ等しくなる。一方、CIは
φRによつてSWRがオンとなるため、0Vに放電され、次
の動作に備える。CHに取り込まれたVHLは、増幅器7に
よつて参照用電圧VREFと比較され、その差に応じた電圧
を5に出力し、これにより2の動作特性を制御する。2
の回路は、第7図〜第20図の如き回路で構成され、その
動作特性が5の電圧によつて変化するようになつてお
り、最終的にはVREFとVHLの値が等しくなるように制御
される。この結果、2の回路特性は一定に保たれる。First, when phi 1 is input phi I is outputted. Thus SW I is turned on, capacitor C I is charged with a constant current i C I
The voltage of the terminal 31 gradually increases. After elapse of Δt, φ
If 2 is input, phi I becomes a low potential, SW I is turned off. It was but connexion, voltage V HL 31 becomes a voltage proportional to Delta] t. This voltage phi S is input SW S is taken into the turned on capacity C H. Here, if it is assumed that C I >> C H , the voltage of 32 becomes substantially equal to V HL . On the other hand, C I is the Yotsute SW R in phi R turned on, it is discharged to 0V, and prepare for the next operation. C H V HL incorporated into is compared with by connexion reference voltage V REF to the amplifier 7, and outputs a voltage corresponding to the difference to 5, thereby controlling the second operating characteristic. 2
Is constituted by circuits as shown in FIGS. 7 to 20, and its operation characteristics are changed by the voltage of 5, and finally, the values of V REF and V HL become equal. Is controlled as follows. As a result, the circuit characteristics of 2 are kept constant.
本実施例では、2の動作特性を直接検知してその特性
を制御するので、予め考慮した変動要因以外によつて特
性が変化してもそれに応答することが可能であり、極め
て精度よくその特性を制御できる。本実施例のVREF,i
は、制御精度を支配するため、高安定の必要があるが、
VREFとしては、第32図,第37図の実施例が使用可能であ
りまた、iとしては、第26図〜第33図の各実施例が使用
可能である。In the present embodiment, since the operation characteristic of (2) is directly detected and the characteristic is controlled, even if the characteristic changes due to factors other than the fluctuation factors considered in advance, it is possible to respond to the characteristic change, and the characteristic can be extremely accurately determined. Can be controlled. V REF , i of the present embodiment
Needs to be highly stable to dominate control accuracy,
As V REF , the embodiments shown in FIGS. 32 and 37 can be used, and as i, the embodiments shown in FIGS. 26 to 33 can be used.
なお、ここでは、回路2の動作特性φ1,φ2の時間
差で検知したが、その他の例えば動作電流量を検知して
特性を制御することなども考えられる。Note that, here, the detection is performed based on the time difference between the operation characteristics φ 1 and φ 2 of the circuit 2, but it is also possible to detect the operation current amount and control the characteristics.
第51図は、第3図の実施例に第50図の実施例を適用し
たものである。本実施例においては、2を構成する内部
回路2′の一部で2のダミーとして4を構成し、その出
力φ1′,φ2′で動作特性を第50図と同様の方法で検
知し、2の動作特性を制御する。2′としては第7図の
ようなインバータを用いてリングオシレータを形成して
もよいしその他目的に応じて様々な回路形式を選ぶこと
ができる。FIG. 51 shows an embodiment in which the embodiment in FIG. 50 is applied to the embodiment in FIG. In this embodiment, 2 '4 constitute a second dummy part of, the output phi 1' internal circuitry 2 constituting the senses operating characteristics phi 2 'in FIG. 50 the same method as 2 are controlled. As 2 ', a ring oscillator may be formed by using an inverter as shown in FIG. 7, or various circuit types can be selected according to the purpose.
本実施例においても第50図と同様の効果が得られる。 In this embodiment, the same effect as in FIG. 50 can be obtained.
なお、これまで述べてきた実施例のうち、第12図のよ
うにバイポーラトランジスタのベースとコレクタ電流を
同一の電源より供給する場合には、バイポーラトランジ
スタのコレクタ抵抗による電圧降下のために、ベース電
位よりコレクタ電位が一時的に低下してバイポーラトラ
ンジスタが飽和する恐れのある場合があり得る。このと
きには、第52図のように、コレクタ端子を2ケ所設け
て、C1をバイポーラトランジスタのコレクタ電極として
使用し、ベース電流を供給するMOSトランジスタをC2に
接続すればよい。このようにするとバイポーラトランジ
スタの本来のコレクタC0の電位より、第2のコレクタ電
極の電位は低いので、これとMOSトランジスタを通じて
接続されたベースの電位はコレクタC0の電位より高くな
ることがない。したがつてバイポーラトランジスタの飽
和を効果的に防止することができる。本実施例は第12図
に限らず用いることができる。When the base and collector currents of the bipolar transistor are supplied from the same power supply as shown in FIG. 12 among the embodiments described so far, the base potential is reduced due to the voltage drop due to the collector resistance of the bipolar transistor. There may be a case where the collector potential is temporarily lowered to saturate the bipolar transistor. In this case, as shown in FIG. 52, two collector terminals may be provided, C1 may be used as a collector electrode of the bipolar transistor, and a MOS transistor for supplying a base current may be connected to C2. In this case, since the potential of the second collector electrode is lower than the original potential of the collector C0 of the bipolar transistor, the potential of the base connected to the second collector electrode through the MOS transistor does not become higher than the potential of the collector C0. Therefore, the saturation of the bipolar transistor can be effectively prevented. This embodiment can be used without being limited to FIG.
第53図は、上述した各実施例をDRAMに適用した具体的
実施例である。FIG. 53 is a specific embodiment in which each of the above embodiments is applied to a DRAM.
同図でMAはメモリセルアレーであり、メモリセルMCが
2次元的に配置されている。PCはデータ線プリチヤージ
回路、SAはメモリセルからデータ線に出力される微少信
号を増幅するセンスアンプであり、P,N両チヤネルMOSト
ランジスタで構成される。ABはアドレス入力Ainを内部
信号は変換するアドレスバツフア回路、X-Dec & Dri
v.,Y-Dec & Driv.は、それぞれXデコーダ・ドライ
バ、Yデコーダ・ドライバである。DPはメモリの動作の
待機時のデータ線プリチヤージ電圧発生回路、SAD,▲
▼はセンスアンプSAの駆動回路、WCはデータ入力信
号Dinを書き込み信号WEの指示によつてメモリセルに書
き込むための書き込み制御回路、周辺回路は各回路の動
作に必要なパルス信号を外部入力CEに応じて発生する回
路、MAはI/O線上の読み出し信号を増幅するメインアン
プであり、ここでは第19図に示した実施例を適用してい
る。3は製造条件,使用条件などの変動に応じた信号を
5に出力し、これにより、各回路の動作を制御し、特性
を安定化する。各回路は3の出力5によつて制御できる
ように、第7図〜第20図のような回路で構成する。In the figure, MA is a memory cell array, in which memory cells MC are two-dimensionally arranged. PC is a data line precharge circuit, and SA is a sense amplifier that amplifies a small signal output from the memory cell to the data line, and is composed of both P and N channel MOS transistors. AB is an address buffer circuit that converts address input Ain to internal signal, X-Dec & Dri
v., Y-Dec & Driv. are an X decoder driver and a Y decoder driver, respectively. DP is a data line precharge voltage generation circuit during standby of memory operation, SAD, ▲
▼ is a drive circuit of the sense amplifier SA, WC is a write control circuit for writing the data input signal Din to the memory cell in accordance with the instruction of the write signal WE, and the peripheral circuit is an external input CE for supplying a pulse signal required for the operation of each circuit. Is a main amplifier that amplifies the read signal on the I / O line, and here, the embodiment shown in FIG. 19 is applied. Reference numeral 3 outputs a signal corresponding to fluctuations in manufacturing conditions, use conditions, and the like to 5, thereby controlling the operation of each circuit and stabilizing characteristics. Each circuit is constituted by a circuit as shown in FIGS. 7 to 20 so that it can be controlled by the output 5 of 3.
本回路の動作は、CEが入力されるとメモリ動作が開始
され、AinがABによつて増幅されX-Dec,Y-Decに信号を供
給する。その信号に応じてX-Dec & Drivによつて1本
のワード線Wが選択されるとメモリセル内のCSに蓄えら
れた情報電荷がデータ線に出力される。その結果データ
線上に微小信号が現われ、SAにより増幅される。Y-Dec
& Drivによつて、選択されたデータ線信号がI/O,▲
▼に出力される。この信号はMAによつて増幅され、
Doutとして外部に出力される。書き込み動作はWCを介し
て、上記と逆の経路によりメモリセルに信号が書き込ま
れる。In the operation of this circuit, when CE is input, the memory operation starts, Ain is amplified by AB, and signals are supplied to X-Dec and Y-Dec. The signal information charges X-Dec & Driv in Yotsute one word line W is stored in the C S of the selected memory cell in response to is output to the data line. As a result, a small signal appears on the data line and is amplified by SA. Y-Dec
& Driv, the selected data line signal is I / O, ▲
Output to ▼. This signal is amplified by the MA,
Output to the outside as Dout. In the write operation, a signal is written to the memory cell via the WC via the reverse path.
以上のような構成において種々の目的の制御が可能で
ある。Various purposes can be controlled in the above configuration.
まず、回路全体の動作速度あるいは信頼度特性などを
一定に保つ制御法があるが、これについては、既にいく
つかの実施例で説明したように、制御回路3で、製造条
件や使用条件に応じて、制御対象となる各々の回路に合
致した信号を5に出力し、それぞれ制御すればよい。First, there is a control method for keeping the operation speed or the reliability characteristic of the entire circuit constant. As described in some embodiments, the control circuit 3 controls the operation according to the manufacturing conditions and the use conditions. Then, a signal matching each circuit to be controlled may be output to 5 and controlled.
次に個々の回路毎に目的に応じて制御する方法が考え
られる。特にDRAMではメモリセルアレー部は最も微細な
素子を用いて構成されるため、他に比べ素子耐圧が低
く、信頼度の低下の問題を生じ易い。したがつて、メモ
リセルアレー部は高信頼化、その他の回路は動作速度と
の安定化を目的にした制御が考えられる。動作速度を一
定に保つ方法は既にいくつか述べた実施例に従えばよ
い。メモリセルアレー部の制御法についてはいくつか考
えられる。まず、メモリセル内のCSの絶縁膜厚の電界を
一定に保つ方法がある。情報電荷QSを大きくして安定に
動作するためにはCSは大きい程よく、より小さい面積で
大きいCSを実現するために、その誘電体としての絶縁膜
の厚さtOXSを半導体チツプ内で最も薄くするのが一般的
であり、CSの絶縁耐圧がチツプ内で最も低くなるからで
ある。この電界EOXSを一定に保つて信頼度を補償するた
めには、絶縁膜のばらつきに応じて、SAD,DP,WCなどの
出力電圧を制御して、CSに書き込まれる電圧VSを制御す
ればよい。このとき、情報電荷量QSは次のように表わさ
れる。Next, a method of controlling each circuit according to the purpose can be considered. In particular, in a DRAM, since the memory cell array section is configured using the finest elements, the element withstand voltage is lower than the others, and the problem of lowering the reliability is likely to occur. Therefore, it is conceivable to control the memory cell array section for high reliability, and to control other circuits for stable operation speed. A method for keeping the operation speed constant may be in accordance with the embodiments described above. There are several methods for controlling the memory cell array. First, there is a way to keep the electric field of the insulating film thickness of the C S in the memory cell constant. Information charges Q S for the stable operation by increasing the C S may larger, in order to achieve a greater C S in a smaller area, the dielectric as the insulating film thickness t OXS within semiconductor chip of in it is common to thinnest dielectric strength of C S is because the lowest in the chip. To compensate for reliability by keeping the electric field E OXS constant, depending on the variation in the insulating film, SAD, DP, by controlling the output voltage, such as WC, controls the voltage V S to be written in C S do it. At this time, the information amount of charge Q S is represented as follows.
ここでεOXSは誘電率、AOXSはCSの面積である。 Here epsilon OXS is the dielectric constant, A OXS is the area of the C S.
したがつて、EOXSを一定に保てばQSも一定に保たれ、
信頼度が向上すると共に、動作も安定化する。また、温
度が高くなると、MC内の拡散層リーク電流が増加するの
で、安定動作に必要な最小情報電荷量も大きくする必要
がある。したがつて、温度が高くなるにつれて、QS、す
なわち、EOXSを大きくして、信頼度をさらに向上させる
制御法もある。Q S is also kept constant Keeping was but go-between, the E OXS constant,
The reliability is improved and the operation is stabilized. Further, when the temperature increases, the diffusion layer leakage current in the MC increases, so that it is necessary to increase the minimum information charge amount required for stable operation. Therefore, there is a control method that increases Q S , that is, E OXS , as the temperature increases, to further improve the reliability.
この場合、温度上昇とともにMOSトランジスのgmが下
がるのでデータ線充放電電流のピーク値をそれほど大き
くせずに制御できる。In this case, can be controlled without significantly increasing the peak value of the data line charge and discharge current because g m of the MOS transistor decreases as the temperature rises.
次にメモリセルのMOSトランジスタに着目した制御法
がある。このMOSトランジスタはチツプ内で最も微細で
その絶縁破壊耐圧,ホツトキヤリア耐圧が他に比べて低
くなる場合が多いためである。MOSトランジスタの各種
耐圧はゲート長Lgが短かく、ゲート絶縁膜厚tOXが薄く
なる程低下する。したがつて、Lgが短かく、TOXが薄く
なるにつれてワード線,データ線などの印加電圧を小さ
くするとよい。印加電圧の制御は前に述べたと同様にし
て行なうことができる。また、前に述べたように温度が
下がるとホツトキヤリア耐圧も低くなる。したがつて、
温度が下がるとワード電圧,データ線電圧などを下げる
ようにすればよい。これにより、安定で高信頼の特性を
得ることができる。またここで述べた制御法に上述した
CSに着目した制御法を組み合わせることも可能である。Next, there is a control method focusing on the MOS transistor of the memory cell. This is because this MOS transistor is the finest in a chip, and its breakdown voltage and photocarrier breakdown voltage are often lower than others. Various withstand voltages of the MOS transistor decrease as the gate length Lg is shorter and the gate insulating film thickness tOX is smaller. Therefore, as Lg becomes shorter and TOX becomes thinner, the voltage applied to the word line, the data line, etc. should be reduced. The control of the applied voltage can be performed in the same manner as described above. As described above, when the temperature decreases, the hot carrier breakdown voltage also decreases. Therefore,
When the temperature decreases, the word voltage, the data line voltage, and the like may be reduced. Thereby, stable and highly reliable characteristics can be obtained. In addition, the control method described here
It is also possible to combine control method that focuses on C S.
以上、説明した実施例によれば、DRAMの動作を種々の
目的に応じて制御することができる。なお、前述したよ
うにDRAMでは高集積化を進めるため、微細な素子を使う
必要がある。現在は、電流電圧VCCとして5Vを用いてい
るが、今後、4M,16Mビツトと高集積化を進めるには素子
の耐圧の低下から考えて5Vを直接微細化された素子に印
加するのは困難となると予想される。しかし、VCCを5V
より下げるのは、従来のDRAMとの互換性から考えてユー
ザーに負担をかけるので好ましくない。そこで、DRAMに
おいても第4図,第5図などのように制御回路によりV
CCより低い電圧を発生させて微細素子を保護した上で、
各種の制御を行なうことができる。According to the embodiment described above, the operation of the DRAM can be controlled according to various purposes. Note that, as described above, it is necessary to use a fine element in the DRAM in order to achieve higher integration. Currently, although using a 5V as a current voltage V CC, the future, 4M, to apply to the element that is directly finer 5V Considering the decrease in breakdown voltage of the device to advance the 16M bits and high integration Expected to be difficult. But V CC is 5V
It is not preferable to lower the value because it places a burden on the user in consideration of compatibility with the conventional DRAM. Therefore, in the DRAM, as shown in FIG. 4 and FIG.
After generating a voltage lower than CC to protect the fine elements,
Various controls can be performed.
第54図は上記のような電源回路を含んで構成した制御
回路の一実施例である。第54図において、5I1′は、ア
ドレスバツフア・デコーダ,クロツクドライバなどの周
辺回路にVCCより低い電圧VI′を供給するための制御
線、5I2はワードドライバにVI′より高い電圧VCHを供給
するための制御線、5I3Hおよび5I3Lは、センスアンプSA
の駆動回路SAD,▲▼を制御するための制御線であ
る。なお、ここでは省略するが、第54図において制御回
路3にはその他必要な制御回路を含んで構成するのはも
ちろんである。第54図は、安定でエージングテストに適
した基準電圧を発生するための定電圧発生回路F,バイポ
ーラトランジスタQ112,比較器GD,帰還回路Hと、基準
電圧VIを基に、アドレスバツフア,デコーダ,クロツク
ドライバ等にVCCより低いVI′を供給するための比較器
OとMOSトランジスタM141、さらにワードドライバ等にV
I′より高い電圧VCHを供給するための動作時用高電圧発
生回路HOP,待期時用高電圧発生回路Vst及びデータ線電
圧V0とデータ線充電電流をコントロールする駆動回路DR
V,DRV′より成る。本構成によれば、VI′はVIと等し
く、又、VCHやV0もVI′を基に決まるため、DRAM内の内
部電圧をすべてVIで制御できることになる。したがつ
て、前記の実施例によりメモリセルアレー周辺回路とも
に温度およびVCCの変動による特性変化を受けることが
少なく非常に動作の安定したDRAMを実現することができ
る。又、エージングテストを有効に行なえることはもち
ろんである。なお、第54図の定電圧回路Fに第37図,第
45図の実施例を用いたときには次のようにしてその消費
電力を低減することも可能である。すなわち、第37図,
第45図に示した定電圧回路Fでは、出力電圧VI1は(1
5)式のように抵抗の比で決まる。また、エージング電
圧特性も(20)式のように抵抗の比によつて決まる。そ
のため抵抗の絶対値によつて特性が変化することがなく
製造ばらつきの影響を受けることも少ない。したがつて
抵抗の絶対値を一律にZ倍(Z>0)することによつて
抵抗比は不変のまま電流のみを所望の値に設定すること
ができる。FIG. 54 shows an embodiment of a control circuit including the above-described power supply circuit. In FIG. 54, 5I1 'is a control line for supplying a voltage V I ' lower than V CC to peripheral circuits such as an address buffer decoder and a clock driver, and 5I2 is a voltage higher than V I 'for a word driver. The control lines for supplying V CH , 5I3H and 5I3L,
Is a control line for controlling the drive circuit SAD, ▲ ▼. Although omitted here, it goes without saying that the control circuit 3 in FIG. 54 includes other necessary control circuits. FIG. 54 is based on the constant voltage generating circuit F for generating a reference voltage which is suitable for stable aging test, the bipolar transistor Q 112, comparator GD, a feedback circuit H, the reference voltage V I, address cross Hua , A decoder O, a MOS transistor M 141 for supplying V I ′ lower than V CC to decoders, clock drivers, etc.
High voltage generating circuit for operation for supplying a high voltage V CH than I 'HOP, the drive circuit controls the high voltage generation circuit V st and the data line voltage V 0 and the data line charging current for at palliative DR
V, DRV '. According to this configuration, V I ′ is equal to V I, and V CH and V 0 are also determined based on V I ′, so that all internal voltages in the DRAM can be controlled by V I. Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to realize a DRAM with a very stable operation, in which the peripheral circuits of the memory cell array are hardly subjected to the characteristic change due to the fluctuation of the temperature and the VCC . Also, the aging test can be performed effectively. Note that the constant voltage circuit F in FIG.
When the embodiment shown in FIG. 45 is used, the power consumption can be reduced as follows. That is, FIG.
In the constant voltage circuit F shown in FIG. 45, the output voltage V I1 is (1
Determined by the resistance ratio as shown in equation 5). The aging voltage characteristic is also determined by the resistance ratio as shown in equation (20). Therefore, the characteristics are not changed by the absolute value of the resistance, and the influence of the manufacturing variation is small. Therefore, by uniformly multiplying the absolute value of the resistance by Z times (Z> 0), only the current can be set to a desired value without changing the resistance ratio.
電流値を小さくすると場合によつては同一半導体基板上
の他の回路からのノイズなどの影響を受けやすくなるこ
ともありえるが、その場合には、本基準電圧発生回路F
を含む半導体装置が動作状態にあるときには基準電圧発
生回路Fに流れる電流を多くしてノイズなどによる電圧
変動を防止し、待機状態にあるときには電流を低減して
消費電力を低減すればよい。第55図,第56図はそのため
の具体的な実施例である。第55図においては、基準電圧
発生回路Fの正電源端子Dと、外部電源VCCの間にpMOS
トランジスタを設けてある。また、第56図においては基
準電圧発生回路Fの接地端子と、接地電源の間にnMOSト
ランジスタを設けてある。これらの実施例によれば、pM
OSトランジスタTM200あるいはnMOSトランジスタTM210の
ゲート電圧を変えることにより、基準電圧発生回路Fの
電流値を容易に制御することができる。例えば、第55図
の実施例では、ゲート端子200の電位を下げるとpMOSト
ランジスタM200の抵抗値が下がり基準電圧発生回路Fに
流れる電流が増加する。また、ゲート端子200の電位を
上げるとpMOSトランジスタM200の抵抗値が上がり基準電
圧発生回路Fに流れる電流が減少する。したがつて、第
55図の実施例によれば基準電圧発生回路Fを含む半導体
装置が動作状態にあるときには端子200の電位を下げ
て、待機状態にあるときには端子200の電位を上げてや
れば、動作時にはノイズなどによつて電圧値が変動する
ことを防止し、待機時には電流を少なくして消費電力を
低減することができる。第56図の実施例においても、半
導体装置の動作時には端子210の電位を上げ、待機時に
は端子210の電位を下げることにより同様の効果を得る
ことができる。第56図の実施例では、nMOSトランジスタ
を使用しているため、第55図の実施例におけるpMOSトラ
ンジスタよりゲート巾の小さいものを使うことができ、
回路の占有面積を低減することができる。なお、第55
図,第56図のように、電源と基準電圧発生回路Fとの間
にMOSトランジスタを挿入すると、MOSトランジスタのソ
ースドレイン間の抵抗によつて基準電圧発生回路に印加
される正味の電圧が減少する。しかし、第37図あるいは
第45図の回路の出力電圧VI1は、(15)式のように電源
電圧に依存せずほぼ一定値を保つため、電圧特性を変え
ることなく電流を制御することができる。If the current value is reduced, it may be susceptible to noise from other circuits on the same semiconductor substrate in some cases.
When the semiconductor device including the above is in the operating state, the current flowing through the reference voltage generating circuit F is increased to prevent voltage fluctuation due to noise or the like, and when the semiconductor device is in the standby state, the current may be reduced to reduce power consumption. FIG. 55 and FIG. 56 are specific embodiments for that purpose. In FIG. 55, a pMOS is connected between the positive power supply terminal D of the reference voltage generation circuit F and the external power supply V CC.
A transistor is provided. In FIG. 56, an nMOS transistor is provided between the ground terminal of the reference voltage generating circuit F and the ground power supply. According to these examples, pM
The current value of the reference voltage generation circuit F can be easily controlled by changing the gate voltage of the OS transistor TM200 or the nMOS transistor TM210. For example, in the embodiment of FIG. 55, when the potential of the gate terminal 200 is decreased, the resistance value of the pMOS transistor M200 is decreased, and the current flowing through the reference voltage generation circuit F is increased. When the potential of the gate terminal 200 is increased, the resistance value of the pMOS transistor M200 is increased, and the current flowing through the reference voltage generating circuit F is reduced. Therefore,
According to the embodiment of FIG. 55, when the semiconductor device including the reference voltage generating circuit F is in the operating state, the potential of the terminal 200 is lowered, and in the standby state, the potential of the terminal 200 is increased. Thus, the voltage value can be prevented from fluctuating, and the current can be reduced during standby to reduce power consumption. In the embodiment of FIG. 56 as well, a similar effect can be obtained by increasing the potential of terminal 210 during operation of the semiconductor device and decreasing the potential of terminal 210 during standby. In the embodiment shown in FIG. 56, an nMOS transistor is used, so that a transistor having a smaller gate width than the pMOS transistor in the embodiment shown in FIG. 55 can be used.
The area occupied by the circuit can be reduced. The 55th
As shown in FIG. 56 and FIG. 56, when a MOS transistor is inserted between the power supply and the reference voltage generation circuit F, the net voltage applied to the reference voltage generation circuit decreases due to the resistance between the source and drain of the MOS transistor. I do. However, the output voltage V I1 of the circuit shown in FIG. 37 or 45 remains almost constant regardless of the power supply voltage as shown in equation (15), so that the current can be controlled without changing the voltage characteristics. it can.
第54図の制御線5I′を電源として動作するアドレスバ
ツフア,デコーダ,クロツクドライバ等の駆動回路とし
ては、第9図から第17図に示したような実施例において
VCCをVI′としたものを用いればよい。又、必要に応じ
て第7図,第8図のVCONTをVI′としてもよい。なお、
第7図から第17図では、デコーダなどに使うNAND回路な
どの論理回路を省略したが、例えば第11図でDRIVの部分
をNANDにおきかえるなどして容易に実現できる。ところ
で、負荷容量の大きいところにはBiCMOS回路を用いるこ
とにより高速化を図ることができるが、その場合に第8
図,第12図等でバイポーラトランジスタQN3の耐圧が十
分ある場合にはコレクタをVCCのままとしてもよい。そ
のときには、コレクタ電流はVCCより供給されるので、
充電電流の大部分はVCCより流れてVI′はベース電流の
みを供給すればよい。コレクタ電位はバイポーラトラン
ジスタが飽和しない範囲であれば回路特性に余り影響な
いためこのようにすると回路特性を安定に保つたまま、
VI′の供給電流を低減できる。これによりVI′をさらに
安定に保つことができる。Driving circuits such as an address buffer, a decoder, and a clock driver which operate using the control line 5I 'in FIG. 54 as a power supply are the same as those shown in FIGS. 9 to 17.
What used V CC as V I ′ may be used. Further, V CONT in FIGS. 7 and 8 may be set to V I ′ as necessary. In addition,
Although logic circuits such as a NAND circuit used for a decoder and the like are omitted in FIGS. 7 to 17, they can be easily realized, for example, by replacing the DRIV portion with NAND in FIG. By the way, the speed can be increased by using a BiCMOS circuit where the load capacity is large.
Figure, the collector may be left on V CC if the breakdown voltage of the bipolar transistor Q N3 in FIG. 12 or the like is enough. At that time, since the collector current is supplied from V CC ,
Most of the charging current flows from V CC and V I ′ needs to supply only the base current. If the collector potential is within the range where the bipolar transistor does not saturate, it does not significantly affect the circuit characteristics.
The supply current of V I ′ can be reduced. Thereby, V I ′ can be kept more stable.
さらに、外部入力信号が直接印加されるアドレスバツ
フアの初段等は、外部入力信号の振幅が不十分な場合に
は貫通電流が大きくこの部分の電源をVI′とするとVI′
の電流が増加してVI′を安定に保つことが困難となる場
合もある。その場合には、初段のみをVCCで動作させる
ことも可能である。Further, the first stage or the like of an address cross Hua external input signal is applied directly, through current increases the power of this portion V I when the amplitude of the external input signal is insufficient 'When V I'
In some cases, it may be difficult to keep V I ′ stable. In that case, it is possible to operate only the first stage at V CC .
次に、第54図においてデータ線の充放電を制御するた
めの一実施例について述べる。Next, an embodiment for controlling the charging and discharging of the data lines in FIG. 54 will be described.
DRAMではデータ対線をメモリセル(1ケのMOSTと1ケ
のキヤパシタで構成されるメモリセルなどの例がある)
の読み出し情報に応じて、pMOSとnMOSで形成されたよく
知られたセンスアンプで充放電することが行われる。こ
のときメモリセルのキヤパシタに蓄えられる電荷量QCは
データ線電圧VDLとキヤパシタの容量CSの積となる。DRA
Mでは上記QC安定に保つことが信頼性の点より望まし
い。したがつてデータ線電圧VDLを外部電源電圧VCCと温
度に依存しないようにできれば、外部条件によらず安定
で信頼性の高い動作を確信することができる。また同時
に動作に悪影響を与えない範囲でVDLをVCCより低い値に
設定すれば消費電力を低減できる。さらに、たとえば最
新のメガビツトDRAMでは、1024対のデータ線を同時に高
速に充電する必要がある。このデータ線の合計の容量は
500〜1000pFにも達するので、過渡電流が問題となるの
で過渡電流の低減も望ましい。又、データ線の充放電に
伴うノイズを低減するためにデータ線の充放電を対称に
行なうことが望ましい。In DRAM, a data line is a memory cell (an example of a memory cell composed of one MOST and one capacitor)
Is charged and discharged by a well-known sense amplifier formed of a pMOS and an nMOS in accordance with the read information. At this time the charge amount Q C accumulated in the Kiyapashita the memory cell is the product of the data line voltage V DL and Kiyapashita capacity C S. DRA
It is desirable from the viewpoint of reliability to maintain the stable above Q C M. It was but if not to rely connexion data line voltage V DL to the external power supply voltage V CC and temperature can be assured stable and reliable operation regardless of external conditions. The power consumption can be reduced by setting the V DL lower than V CC value in the range that does not adversely affect the operation at the same time. Further, for example, in the latest megabit DRAM, it is necessary to charge 1024 pairs of data lines at a high speed simultaneously. The total capacity of this data line is
Since the current reaches 500 to 1000 pF, the transient current becomes a problem. Therefore, it is desirable to reduce the transient current. In addition, it is desirable to perform charging and discharging of the data line symmetrically in order to reduce noise accompanying the charging and discharging of the data line.
本実施例はデータ線電圧VCLを前述の電圧変換回路に
より制御してVI′と等しくしてVDLの外部電源電圧依存
性,温度依存性をなくすと同時に、電圧VDLをVCCより低
くして消費電力を低減し、さらにデータ線充放電の速度
を制御することにより上記過渡電流とノイズを低くする
ためのものである。以下本実施例を説明する。データ線
の充電はpMOSを含んで形成されたセンスアンプであるフ
リツプフロツプの共通線clに接続された駆動回路DRVで
行われる。本実施例では、この駆動回路がカレントミラ
ー回路と比較器で構成されていることに特徴がある。カ
レントミラー回路は、トランジスタQ1,Q2から成る一種
のインバータによつて制御される。Q2がオン、Q1がオフ
の場合はQ3と定電流源(i/n)と出力駆動トランジスタQ
Dとの間でカレントミラー回路が形成され、Q2がオフでQ
1がオンの場合は、QDはオフとなる。ミラー回路内の電
流源の電流入口をi/n、MOSTのゲート幅をw/n、QDのゲー
ト幅をWとすれば、QDのオン電流は定電流iとなる。製
造プロセスのばらつきによつてwあるいはゲート長やト
ランジスタのしきい値電圧が変化してもi/nを一定にし
ておけばQDの駆動定流はほぼ一定となる。ここで定電流
源をi/n,w/nとしているのは、消費電流を小さく、かつ
占有面積を小さくするためであり、nは大きい方がよ
い。This embodiment external power supply voltage dependency of the V DL and equal to V I 'data line voltage V CL is controlled by the above-described voltage conversion circuit, and at the same time eliminate the temperature dependency, the voltage V DL from V CC The transient current and the noise are reduced by lowering the power consumption and controlling the data line charging / discharging speed. Hereinafter, this embodiment will be described. The data line is charged by a drive circuit DRV connected to a flip-flop common line cl, which is a sense amplifier including a pMOS. The present embodiment is characterized in that this drive circuit includes a current mirror circuit and a comparator. The current mirror circuit is controlled by a kind of inverter composed of transistors Q 1 and Q 2 . Q 2 is turned on, if Q 1 is off Q 3 and the constant current source (i / n) and the output drive transistor Q
A current mirror circuit is formed with D, and Q 2 is off and Q
1 If on, Q D is turned off. If the current inlet of the current source in the mirror circuit i / n, the gate width w / n of the MOST, the gate width of Q D is W, on-current of Q D is a constant current i. Once you have even i / n with a threshold voltage changes in the variation in Yotsute w or gate length and the transistor fabrication process at a constant driving steady flow Q D is substantially constant. Here, the reason why the constant current source is set to i / n, w / n is to reduce the current consumption and the occupied area, and it is preferable that n is large.
比較器は、電圧変換回路の出力電圧VI′(たとえば4
V)と出給電圧VOを比較するものである。VI′>VOでは
比較器の出力は高電圧となり、効にVI′<VOの場合は低
電圧となる。The comparator outputs the output voltage V I ′ (eg, 4
V) and is intended to compare the Dekyu voltage V O. When V I ′> V O , the output of the comparator becomes a high voltage, and when V I ′ <V O , the output becomes low.
以上の準備のもとに動作を説明する。 The operation will be described with the above preparations.
通常のDRAMでは、プリチヤージ期間中はデータ対線は
VDLのほぼ半分の値に設定される、いわゆるハーフプリ
チヤージ方式なので、プリチヤージ期間は、共通駆動線
clあるいは全データ対線はVDL/2にプリチヤージする。
この状態で、選択されたワード線にパルスが印加される
と各データ対線には微小な差動の読み出し信号が現われ
る。この様子を第58図においてD0,▲▼対称で代表
的に示している。その後、nMOSTとpMOSTで形成されるセ
ンスアンプで、低電圧側は0Vに放電され、高電圧側は
VI′まで充電される。放電はMOSトランジスタTN2により
行われる。ここでは充電のみを以下に述べる。clは入力
パルスφを印加することによつて駆動される。入力パル
スφがオン(高電圧が入力)となると、制御回路ANDの
出力電圧は高電圧となり、QDのゲート電圧VGは定電流源
の出力電圧VSとなり、QDは負荷を一定電流iで駆動す
る。この結果、負荷の電圧V0はVI′/2から一定の速度で
上昇するが、VI′を越えると比較器が作動し制御回路AN
Dの出力は低電圧となりQ1がオンし、Q2はオフし、QDは
オフとなり、V0はほぼVI′にクランプされてしまう。こ
れによつて各データ対線の一方のデータ線はVI′/2から
ほぼVI′に充電される。In a normal DRAM, the data pair is not connected during the precharge period.
It is set to approximately half the value of the V DL, so called half Purichi yer di scheme, Purichiyaji period, the common drive line
cl or all the data line pair is Purichiyaji the V DL / 2.
In this state, when a pulse is applied to the selected word line, a minute differential read signal appears on each data pair line. This situation is typically shown in FIG. 58 with D 0 , ▲ ▼ symmetry. After that, the sense amplifier formed by nMOST and pMOST discharges the low voltage side to 0V and the high voltage side
Charged to V I ′. Discharge is performed by the MOS transistor T N2 . Here, only charging will be described below. cl is driven by applying an input pulse φ. When the input pulse φ is turned on (high voltage input), the output voltage of the control circuit AND becomes the high voltage, the output voltage V S becomes the gate voltage V G is a constant current source Q D, Q D are constant load current Drive with i. As a result, 'rises from / 2 at a constant speed, V I' voltage V 0 which load V I and the comparator actuation exceeds the control circuit AN
D output is Q 1 is turned on becomes a low voltage, Q 2 is turned off, Q D is turned off, V 0 is thus clamped to approximately V I '. One data line of the I connexion each data line pair to which is charged to 'substantially V I from / 2' V I.
放電についてもφが印加されるとnMOSTM3′とTN2がカ
レントミラーをなすので、充電と同様に速度を制御でき
る。When φ is applied to the discharge, nMOST M3 ′ and T N2 form a current mirror, so that the speed can be controlled in the same manner as charging.
以上述べた実施例によればデータ線電圧VDLをVI′に
ほぼ等しくできるためデータ線電圧VDLの温度依存性を
ゼロとして、外部電源電圧VCC依存性を所望の範囲でな
くすことができる。また、データ線をほぼ一定の電流で
充電できるため、過渡電流の増大なしに高速でデータ線
を充電できる。また、i0を一定に保つことにより、電源
電圧の変動や製造ばらつきなどがあつても、その影響を
最小限にすることができる。さらにデータ線電圧は低く
おさえられるので消費電力も低減される。さらにデータ
線充放電の速度を同じにできるのでノイズを低減でき
る。Zero temperature dependence of the data line voltage V DL since it substantially equal to the data line voltage V DL to V I 'according to the embodiment described above, it is possible to eliminate the external power supply voltage V CC dependency desired range it can. Further, since the data line can be charged with a substantially constant current, the data line can be charged at a high speed without an increase in transient current. In addition, by keeping i 0 constant, even if there is a fluctuation in power supply voltage or manufacturing variation, the influence thereof can be minimized. Further, since the data line voltage is kept low, power consumption is also reduced. Further, since the data line charge / discharge speed can be made the same, noise can be reduced.
次にワード線の駆動回路の一実施例について述べる。
DRAMにおいては、ワード線の電圧をデータ線の電圧より
およそ2Vほど高くする。データ線の電圧を例えば4Vとす
ると、ワード線の電圧はおよそ6V必要となり、ワード線
をVCCの値5V以上に昇圧する手段が必要となる。VCC以上
に昇圧されたVHによりワード線を駆動する回路として
は、例えば、第59図の回路を用いることができる。VHの
発生回路については後に述べる。Next, an embodiment of a word line driving circuit will be described.
In a DRAM, the voltage of a word line is set to be about 2 V higher than the voltage of a data line. When the voltage, for example, 4V data line, the voltage of the word line is required approximately 6V, it is required means for boosting the word line than the value 5V on V CC. As a circuit for driving a word line by VH boosted to Vcc or more, for example, the circuit in FIG. 59 can be used. The V H generation circuit will be described later.
まず、第59図の回路の動作を第60図の電圧波形図を用
いて説明する。Eが高電位の状態でCが高電位になると
nMOS11を通してFの電位はVA−VT11nの電位となる。次
いでEが低電位になると、12(pMOS)がオンしFの電位
はVHとなる。この結果13(pMOS)がオフ、14(nMOS)が
オン、バイポーラトランジスタ15がオフ、16(nMOS)が
オンとなり、出力Wは0Vになる。なおFが高電位VHに上
昇する時、A,Cの電位はVAであるので、11はオフである
のでFからCへ電流が流出してFの電位が下がることは
ない。一方、Eが高電位の状態でCが低電位になると11
がオンし、FもCと同じ低電位になる。この結果13がオ
ンし、14,16がオフしノードGがVHとなり、出力Dが高
速に高電位に充電される。この出力の高電位はVH−VBE
である。なおこの回路では第60図の波線に示す様にCが
高電位VAになつてから、Eが低電位になるまでの期間t
CEが長いとFの高電位はVA−VT11nにしばらくとどまる
ので、13,14に貫通電流が流れ、Dが不十分な低電位に
とどまる期間が存在する場合がある。したがつて、tCE
の時間を短かくすることが望ましい。そのためにはCが
高電位になると同時にEを低電位に切換えればよい。こ
れにより上記問題は解決できる。First, the operation of the circuit in FIG. 59 will be described with reference to the voltage waveform diagram in FIG. When E becomes high potential and C becomes high potential
F potential through nMOS11 is a potential of V A -V T11n. Next, when E becomes low potential, 12 (pMOS) turns on and the potential of F becomes VH . As a result, 13 (pMOS) is turned off, 14 (nMOS) is turned on, the bipolar transistor 15 is turned off, 16 (nMOS) is turned on, and the output W becomes 0V. Note When F is increased to a high potential V H, A, the potential of C is a V A, 11 is the potential of F will not be lowered by flowing out current from the F to C because it is off. On the other hand, when C becomes low potential while E is at high potential, 11
Is turned on, and F also has the same low potential as C. As a result, 13 turns on, 14 and 16 turn off, the node G becomes VH , and the output D is charged to a high potential at high speed. The high potential of this output is V H −V BE
It is. In this circuit, as shown by a dashed line in FIG. 60, a period t from when C goes to the high potential V A to when E goes to the low potential is reached.
Since CE is long and high potential of F a while stays in V A -V T11n, through current flows in 13 and 14, there may be a period in which D remains in poor low potential. Therefore, t CE
It is desirable to shorten the time. For that purpose, it is sufficient to switch E to a low potential at the same time as C becomes a high potential. This solves the above problem.
本回路によれば、出力にバイポーラトランジスタを用
いているのでワード線を高速にVH−VBEに充電すること
ができる。なお第7図において、バイポーラトランジス
タ15を用いずに、Gを直接出力としてもよい。このとき
は出力電圧はVHまで上がるので、所望のワード電圧と等
しいVHを発生させればよい。そのためバイポーラを用い
るときより電源Gの設計が容易となる。又、MOSトラン
ジスタで構成するため製造プロセスが単純となるという
利点もある。なお、第59図の回路でも第13図のように電
源との間にMOSトランジスタをそう入して動作速度を制
御することも可能である。According to this circuit, a word line because of the use of bipolar transistors to the output can be charged to V H -V BE faster. In FIG. 7, G may be directly output without using the bipolar transistor 15. Since this time, the output voltage rises up to V H, may be generated equal V H and the desired word voltage. Therefore, the design of the power supply G becomes easier than when using the bipolar. In addition, there is an advantage that the manufacturing process is simplified because the MOS transistors are used. In the circuit of FIG. 59, it is also possible to control the operation speed by inserting a MOS transistor between the power supply and the power supply as shown in FIG.
第61図は、電圧VI′を基準にVCC以上の高電圧を得る
ための回路の実施例であり、第62図はその動作波形であ
る。以下、第62図を用いて第61図の回路の動作を説明す
る。FIG. 61 is an embodiment of a circuit for obtaining a high voltage of more than V CC on the basis of the voltage V I ', FIG. 62 is an operation waveform. Hereinafter, the operation of the circuit of FIG. 61 will be described with reference to FIG.
第61図の回路は、DRAMにおいて▲▼信号に同期
してVCH端子を昇圧する回路である。▲▼信号が
低レベルとなりDRAMが動作状態に入つたときに第23図に
示したように、φ1PSを低レベル,φ2PSを高レベルと
し、φ1S,φ1SAを高レベルに遷移する。この結果、あ
らかじめVCCと同一電位にプリチヤージされていたG1,G
2,G3,G4のうち、G1とG2がMOS容量MC221,MC222によつて
昇圧され、その結果MOSトランジスタM229,M22Aを通して
G1よりG4,G3に電流が流れ、G3,G4の電位が上昇する。こ
のとき、G2がVCC以上に昇圧されているので、G3,G4の電
位はMOSトランジスタM229,M22Aのしきい電圧に制限され
ることなく昇圧することができる。次にφ1Sとφ1SAを
低レベルに立ち下げてφ2S,φ3Sを高レベルに遷移す
る。その結果G1,G2が低レベルに遷移しG3,G4は昇圧され
る。このとき、G2の電位はφ2Sが高レベルとなるとMOS
トランジスタM22Bがオンするので0Vとなり、MOSトラン
ジスタM22Aは確実にオフする。このためφ2Sのタイミン
グのずれ、あるいはカツプリングノズルなどでG2の電位
が上昇することはない。したがつてG3より、MOSトラン
ジスタM22Cを通して電流が流れ5I2が昇圧される。この
とき、MOSトランジスタG4のゲートと5I1′の間には、ダ
イオードを6ケ直列に接続してあるため、G4の電位は、
VCL+6VBEでクランプされる。その結果、VHの電圧は、
MOSトランジスタM22のしきい電圧をVT22CとしてVI′+
6VBE−VT22Cにクランプされる。例えばVI′を4V、VBE
を0.8V、VT22Cを0.8Vとすると、8Vとなる。ここではダ
イオードを6ケ用いたが、この数をかえることにより、
VI′に対してVHが一定電圧以上とならないようにするこ
とができるので例えばVHにワードドライバを接続した場
合にはワード線電圧を所望の値にコントロールすること
ができる。次に、DRAMの▲▼信号が高レベルとな
つたときに、φ2S,φ3Sを低レベルに戻し、φ1PSを高
レベル、φ2PSを低レベルとする。この結果MOS容量MC
220によりG5の電位が昇圧され、pMOSトランジスタM221
を通してMOSトランジスタM225,M226,M227,M228のゲート
電圧がVCC以上に昇圧され、これらのMOSトランジスタに
よつてG1,G2,G3,G4の電位はVCCとなりはじめの状態にも
どる。なお、ここで、MOSトランジスタM223は、M224の
ドレインに高圧がかかるのを防いでM224を保護するため
のものである。なお、ダイオードを直列に用いた場合に
は、VBEに温度依存性があるため、VHが温度依存性をも
つてしまう。これを解決するには、φ1S〜φ3Sの振巾を
VCCでなくVI′としてクランプ回路を省略してもよい。
このときに5I2の電圧を所望の値とするには第63図のよ
うな回路を用いてもよい。第63図でVCH′を第61図のよ
うな回路で高圧に保てば5I2には の電圧が出力される。なお、VREFとしてはVI′を用いて
もよいしバイポーラトランジスタQ631のVBEの温度依存
性をキヤンセルするような温度依存性を持つた電圧を印
加してもよい。以上説明してきたように、本実施例によ
れば5I2にVCCより高い電圧を得ることができる。本実施
例では、▲▼信号に同期してDRAMの動作時にVHを
昇圧するためVHから電流を供給する必要のない待期時に
昇圧動作によつて電力を消費することがなく低消費電力
動作が可能である。しかしDRAMの使用条件によつては、
待期状態が長くつづくことがあり、VHの電位が、何らか
のリークにより低下することも考えられる。その場合に
は、待期時のリークを補償する回路を別に設ければよ
い。そのためには、第61図〜第63図の実施例で容量やト
ランジスタのサイズを小さくして電流駆動能力を小さく
したものを別に設けて▲▼と独立に動作させても
よい。あるいは第64図のような回路を用いてもよい。以
下、第64図の回路の動作を第64図を用いて説明する。
を低レベルとすると、MOSトランジスタTM240,TM241,TM
243によつてG240,G241,VHがVCC近くにプリチヤージされ
る。次にφθを高レベルに立ち上げるとインバータI241
とI242の出力は各々高レベル,低レベルとなる。したが
つてG240がVCC以上に昇圧され、G240へ電流が流れG240
の電位が上昇する。次にφθを低レベルとすると、イン
バータI241,I242の出力は各々低レベル,高レベルとな
りG241がさらに昇圧され、VHへ電流が流れる。以上のよ
うにφθを周期的に立ち上げ立ち下げることによりVHの
電位は上昇する。VCHの上昇とともにダイオードQD240〜
QD245によつてG246,VG246の電位もVCH−6VBEの関係を
保つて上昇する。MOSトランジスタTM246のしきい電圧を
−VT246としたときVHがVI′−VT246+6VBE以上となる
と、VG246はVI′−VT56となつて、TM246がオフし、D247
の電位はMOSトランジスタTM247により0Vとなる。その結
果NAND回路NA240の出力θ5の電圧は高レベルに固定さ
れ昇圧動作は停止する。その後、制御線5I2より流出す
る電流IHによりVHの電位が下がり、VI′−VT246+6VBE
以下となると再びM246がオンしてVHの昇圧動作が始ま
る。The circuit in FIG. 61 is a circuit for boosting the voltage of the VCH terminal in synchronization with the signal ▲ in the DRAM. When the signal becomes low and the DRAM enters the operating state, as shown in FIG. 23, φ 1PS is changed to low level, φ 2PS is changed to high level, and φ 1S and φ 1SA are changed to high level. As a result, G1, G, which are precharged to the same potential as V CC in advance,
Through 2, G3, of the G4, G1 and G2 are by connexion boosted MOS capacitor MC 221, MC 222, resulting MOS transistors M 229, M 22A
Current flows from G1 to G4, G3, and the potential of G3, G4 rises. At this time, since G2 is boosted above V CC, G3, G4 of the potential can be boosted without being limited to the threshold voltage of the MOS transistors M 229, M 22A. Next, φ 1S and φ 1SA fall to low level, and φ 2S and φ 3S transition to high level. As a result, G1 and G2 transition to a low level, and G3 and G4 are boosted. At this time, the potential of G2 becomes MOS when φ2S becomes high level.
Since the transistor M22B is turned on, the voltage becomes 0 V, and the MOS transistor M22A is reliably turned off. Difference in timing of this for phi 2S or potential of G2 in such cutlet pulling nozzle does not increase. Was it from connexion G3, current through MOS transistor M 22C are flow 5I2 is boosted. At this time, since six diodes are connected in series between the gate of the MOS transistor G4 and 5I1 ', the potential of G4 becomes
Clamped at V CL + 6V BE . As a result, the voltage of V H is
V I 'the threshold voltage of the MOS transistor M 22 as V T22C +
Clamped to 6V BE -V T22C . For example, V I ′ is 4 V, V BE
If 0.8V and VT22C are 0.8V, it will be 8V. Here, six diodes are used, but by changing this number,
When connected to the word driver in so V H relative to V I 'can be prevented from becoming a fixed voltage above example V H can control the word line voltage to a desired value. Next, when the signal of the DRAM goes high, φ 2S and φ 3S are returned to low level, φ 1PS is set to high level, and φ 2PS is set to low level. As a result, the MOS capacitance MC
The potential of G5 is boosted by 220 , and the pMOS transistor M 221
, The gate voltages of the MOS transistors M 225 , M 226 , M 227 , and M 228 are boosted to V CC or higher, and the potentials of G 1, G 2, G 3, and G 4 return to V CC by these MOS transistors. . Note that, MOS transistors M 223 is for protecting the M 224 prevent high pressure from being applied to the drain of M 224. In the case of using a diode in series, because of the temperature dependence on V BE, V H resulting in having a temperature-dependent. To resolve this, the Fuhaba of φ 1S ~φ 3S
The clamp circuit may be omitted as V I ′ instead of V CC .
At this time, in order to set the voltage of 5I2 to a desired value, a circuit as shown in FIG. 63 may be used. In FIG. 63, if VCH 'is maintained at a high voltage by a circuit as shown in FIG. Is output. Note that V I ′ may be used as V REF , or a voltage having a temperature dependency that cancels the temperature dependency of V BE of the bipolar transistor Q 631 may be applied. As described above, according to the present embodiment, a voltage higher than V CC can be obtained at 5I2. In the present embodiment, since the VH is boosted during the operation of the DRAM in synchronization with the signal ▲ ▼, the power is not consumed by the boosting operation during the standby period when there is no need to supply the current from the VH, and the low power consumption is achieved. Operation is possible. However, depending on the DRAM usage conditions,
The waiting state may continue for a long time, and the potential of VH may be reduced by some leakage. In that case, a circuit for compensating for the leakage during the waiting period may be separately provided. For this purpose, the embodiment shown in FIGS. 61 to 63 in which the capacity and the size of the transistor are reduced and the current driving capability is reduced may be separately provided and operated independently of the triangle. Alternatively, a circuit as shown in FIG. 64 may be used. Hereinafter, the operation of the circuit of FIG. 64 will be described with reference to FIG.
Is low, MOS transistors TM 240 , TM 241 , TM
According to 243 , G 240 , G 241 and V H are pre-charged near V CC . Next, when φθ is raised to a high level, the inverter I 241
And output respective high-level I 242, a low level. It was Although boosted connexion G 240 is above V CC, G 240 current flows to G 240
Potential rises. Next, when φθ is set to a low level, the outputs of the inverters I 241 and I 242 are set to a low level and a high level, respectively, so that G 241 is further boosted and a current flows to V H. As described above, the potential of VH rises by periodically raising and falling φθ. Diode QD 240 ~ with increasing V CH
Potential of Yotsute G 246, V G246 to QD 245 also rises maintain the relationship V CH -6 V BE. 'When the -V T246 + 6V BE above, V G246 is V I' MOS transistor V H when the threshold voltage is -V T246 of TM 246 is V I -V T56 and Do connexion, TM 246 is turned off, D247
Becomes 0 V by the MOS transistor TM 247 . As a result the voltage of the output theta 5 of NAND circuit NA240 is fixed to high level step-up operation is stopped. Thereafter, the potential of V H is lowered by the current I H flowing from the control line 5I2, V I '-V T246 + 6V BE
In the following cases, M 246 is turned on again, and the boosting operation of VH starts.
以上のように本回路によれば、VHの電位をVCCより高
いVI′−VT246+6VBEに保つことができる。VI′は4V、
VT246を0.5V、VBEを0.8Vとすると、VHは8.3Vとなる。以
上のように本実施例によれば、チヤージポンプ回路と前
述したレベルシフト回路を組み合わせることにより、出
力電圧VHをVCCより高い一定の電圧に保つことができ
る。なお、クランプのためのダイオードQD240〜QD245の
数を場合に応じて増減してもよいことはもちろんであ
る。又、場合によりVCHよりQD240〜QD245を流れる電流
が大きすぎる場合には、第66図のようにQD245をバイポ
ーラトランジスタとし、コレクタをVCCベースをQD244の
出力につなぐことにより、1/hFEに上記電流を減らすこ
とができる。なお、ダイオードの個数は電圧VHとVI′の
差が所望の値となるように決めればよい。又、MOSトラ
ンジスタTM248を抵抗など他の素子で置きかえることが
できる。MOSトランジスタを用いる場合には、ゲート幅
Wに対してゲート長Lgを大きくとることにより比較的小
さい占有面積で容易に高い抵抗値を得ることができる。
さらにここでは、ダイオードとしてpn接合型のダイオー
ドを想定した。pn接合型のダイオードは、例えばバイポ
ーラトランジスタのベースとコレクタを接続することに
より容易に実現できる。このためバイポーラトランジス
タと同時に形成でき、製造工程を簡素化できる。このと
き、抵抗もバイポーラトランジスタのベース層を用いて
実現すれば、さらに工程の簡素化ができる。pn接合ダイ
オードの順方向電圧VBEは、通常0.8V程度であるため
に、第1図の実施例では電圧VHとVI′との差は、0.8Vを
単位とした値しか取ることはできないが、場合によつて
はVHとVI′との差を0.8Vのn倍(n=1,2,…)以外に設
定する必要がある場合もある。そのときには、0.4V程度
の順方向電圧VFをもつシヨツトキーダイオードを用いれ
ば、 VH=VI′−VT246+iVF となり、0.4Vを単位としてVHの値を設定できる。又、第
67図に示したようなnMOSダイオードを用いてもよいこと
はもちろんであり、この場合はnMOSTMAのしき電圧をV
TMAとして VH=VI′−VT246+iVTMA となるのでVTMAを単位として電位差を可変にできる。な
お、第4図に示すような回路をダイオードのかわりに用
いて任意の電位差を作ることもできる。第4図において
は、端子3Aと3Bの間の電位差は、 とできるので、RAとRBの比をかえることによつて連続的
に電位差を変えることができる。その他、種々の変形が
可能であるが、第69図に示した実施例は、nMOSのみで第
1図のレベルシフト回路Lを構成したものである。本実
施例では、クランプのダイオードをnMOSダイオードと
し、バイポーラトランジスタQ1,抵抗RをそれぞれnMOS
M51,M52でおきかえた。本実施例では、VHとVI′との関
係は、TM51のしきい電圧をVTM51、MOSダイオードのしき
い電圧をVTDとして VH=VI′−VT246+VTM51+nVTD となり、しきい電圧VTDを単位として電位差を設定でき
る。本実施例においてはnMOSダイオードMD51〜MD5iを通
して流れる電流はnMOSM53を通して流れるバイアス電流I
Nのみであるため5I2の電流供給能力を必要以上に大きく
する必要がない。さらに、本実施例では、バイポーラト
ランジスタを用いる必要がなくMOSトランジスタのみで
構成されているため、MOSトランジスタのみより成るLSI
に適用するのに好適である。MOSトランジスタM51,M53の
ゲート電圧,ゲート長,ゲート幅は、電流IRおよびINが
所望の値となるように決めればよい。例えば、ILに対し
てIRの値を10倍に設定すれば、MOSトランジスタM51のド
レイン電流の変動を10%程度に抑えることができVLをほ
ぼ一定に保つことができる。なお、以上の実施例では、
クランプ回路の温度特性が問題となる場合には、MOSト
ランジスタTM246のソース電圧に温度依存性をもたせて
クランプの温度依存性を補償することもできる。According to this circuit as described above, it is possible to keep the potential of the V H higher than V CC V I '-V T246 + 6V BE. V I ′ is 4V,
If V T246 is 0.5V and V BE is 0.8V, V H will be 8.3V. According to this embodiment, as described above, by combining the level shift circuit described above with Chiyajiponpu circuit, it is possible to keep the output voltage V H to a higher fixed voltage than V CC. It is needless to say that the number of diodes QD 240 to QD 245 for clamping may be increased or decreased as the case may be. Further, if when the current flowing through the QD 240 ~QD 245 than V CH is too large by the QD 245 as the 66th view and a bipolar transistor, by connecting the collector of the V CC based on the output of the QD 244, The current can be reduced to 1 / h FE . The number of diodes may be determined so that the difference between the voltages V H and V I ′ has a desired value. Further, it is possible to replace the MOS transistor TM 248 other elements such as a resistor. When a MOS transistor is used, a high resistance value can be easily obtained with a relatively small occupied area by setting the gate length Lg larger than the gate width W.
Further, here, a pn junction type diode is assumed as the diode. A pn junction diode can be easily realized by connecting, for example, a base and a collector of a bipolar transistor. For this reason, it can be formed simultaneously with the bipolar transistor, and the manufacturing process can be simplified. At this time, if the resistance is also realized using the base layer of the bipolar transistor, the process can be further simplified. Since the forward voltage V BE of a pn junction diode is usually about 0.8 V, the difference between the voltages V H and V I ′ in the embodiment of FIG. Although not possible, the difference between V H and V I ′ may need to be set to a value other than n times 0.8 V (n = 1, 2,...) In some cases. At that time, if a try bract key diode having a forward voltage V F of about 0.4V, can set the value of V H V H = V I ' -V T246 + iV F becomes, 0.4V as a unit. Also,
Of course, an nMOS diode as shown in FIG. 67 may be used, and in this case, the threshold voltage of nMOST MA is changed to V
Since the V H = V I '-V T246 + iV TMA as TMA possible potential difference variable V TMA units. An arbitrary potential difference can be created by using a circuit as shown in FIG. 4 instead of a diode. In FIG. 4, the potential difference between terminals 3A and 3B is Since it and can alter the connexion continuously potential difference due to changing the ratio of R A and R B. In addition, various modifications are possible. In the embodiment shown in FIG. 69, the level shift circuit L shown in FIG. 1 is constituted only by nMOS. In this embodiment, the clamp diode is an nMOS diode, and the bipolar transistor Q 1 and the resistor R are each an nMOS diode.
M 51 and M 52 were replaced. In this embodiment, 'the relationship between the threshold voltage of T M51 V TM51, MOS diode V H = V I the threshold voltage as V TD of' V H and V I -V T246 + V TM51 + nV TD becomes It can be set a potential difference the threshold voltage V TD units. In this embodiment, the current flowing through the nMOS diodes MD51 to MD5i is the bias current I flowing through the nMOSM 53.
Since it is only N , there is no need to increase the current supply capacity of 5I2 more than necessary. Further, in this embodiment, since it is not necessary to use a bipolar transistor and is constituted only by a MOS transistor, an LSI comprising only a MOS transistor is used.
It is suitable to be applied to. The gate voltage, gate length, and gate width of the MOS transistors M 51 and M 53 may be determined so that the currents I R and IN have desired values. For example, if set to 10 times the value of I R with respect to I L, the variation of the drain current of the MOS transistor M 51 can be kept substantially constant V L can be suppressed to about 10%. In the above embodiment,
When the temperature characteristic of the clamp circuit becomes a problem, the source voltage of the MOS transistor TM 246 can be made to have a temperature dependency to compensate for the temperature dependency of the clamp.
本発明は、上記のようにDRAMだけでなくSRAMに適用し
ても有効である。第70図は、nMOSトランジスタと抵抗を
用いて構成したSRAMのメモリセルの一例である。例えば
電圧VC70を本発明の電圧変換回路より供給すれば、メモ
リセル特性の温度依存性および外部電源電圧依存性をな
くすことができるためソフトエラー耐性が向上するなど
非常に安定なメモリ動作を実現できる。このとき、VC70
より供給される電流すなわちメモリセルの保持電流は非
常に小さくしかもほぼ一定のDC電流であるので電圧VC70
を一定に精度よく保つことが容易になる。さらに、デー
タ線DL,▲▼の電圧すなわち書き込み電圧あるいは
ワード線Wの電圧を安定に制御すればより信頼性が向上
する。そのためには本発明によつて得られる上記電圧VI
をもとに書き込み電圧を決めれば、温度依存性および外
部電圧依存性を無くすことができ、さらに信頼性を高め
ることができる。その他SRAMの周辺回路に用いる駆動回
路、差動アンプについてもこれまで述べてきたような制
御を行なうことにより安定で信頼性の高い動作を実現で
きる。The present invention is effective even when applied to SRAM as well as DRAM as described above. FIG. 70 is an example of an SRAM memory cell configured using an nMOS transistor and a resistor. For example, if the voltage V C70 is supplied from the voltage conversion circuit of the present invention, the temperature dependency of the memory cell characteristics and the dependency of the external power supply voltage can be eliminated, thereby realizing extremely stable memory operation such as improved soft error resistance. it can. At this time, V C70
Since the supplied current, that is, the holding current of the memory cell is very small and almost constant DC current, the voltage V C70
Can be easily maintained at a constant accuracy. Further, if the voltage of the data lines DL and ▼, that is, the write voltage or the voltage of the word line W is stably controlled, the reliability is further improved. For this purpose, the voltage V I obtained according to the invention is
If the write voltage is determined based on the above, the temperature dependency and the external voltage dependency can be eliminated, and the reliability can be further improved. In addition, a stable and highly reliable operation can be realized by performing the above-described control on the driving circuit and the differential amplifier used for the peripheral circuit of the SRAM.
さらに本発明はメモリ以外の論理LSIにおいても同様
である。また、第53図においては、制御回路では、周辺
回路の特性を6によつて検知しているが、この検知は目
的に応じて種々の場所によつて行なうことができる。た
とえば、ワード線が印加されて、センスアンプ微小信号
を増幅するまでの時間を検知して、その結果によつて、
SAの駆動電圧,駆動電流を変化させ、アレー部の動作特
性を制御するなどの種々の制御する方法もある。また、
主な構成素子としてはMOSトランジスタ,バイポーラト
ランジスタを例にして説明したが、その他のGaAsなどの
化合物半導体の素子で構成したものにも、本発明の原理
はそのまま適用できる。また、特性の変動要因としては
主にMOSトランジスタの素子定数を主に取り上げたが、
バイポーラトランジスタの電流増幅率,遮断周波数,順
方向電圧などの変動に対しても同様に対処できることは
言うまでもない。さらに、各実施例では、諸特性を一定
に保つことを主目的として説明したが、本発明を用いれ
ば、目的に応じてたとえばゲート長,しきい電圧などの
製造条件による変動や、電源電圧,温度などの使用条件
の変動が、半導体装置を高速にするように変動する場合
には、それよりもさらに高速になるように制御したり、
逆に製造条件,使用条件が、半導体装置を低速にするよ
うに変動する場合にはさらに低速にするように制御する
こともできる。Further, the present invention is also applicable to a logic LSI other than a memory. In FIG. 53, the control circuit detects the characteristics of the peripheral circuit by using 6, but this detection can be performed at various places according to the purpose. For example, the time until the word line is applied and the sense amplifier minute signal is amplified is detected, and based on the result,
There are various control methods such as changing the drive voltage and drive current of the SA to control the operating characteristics of the array unit. Also,
Although the description has been given by taking the MOS transistor and the bipolar transistor as examples of the main constituent elements, the principle of the present invention can be applied to other elements formed of a compound semiconductor such as GaAs. In addition, although the element constant of the MOS transistor was mainly taken up as the characteristic variation factor,
It goes without saying that variations in the current amplification factor, cutoff frequency, forward voltage and the like of the bipolar transistor can be dealt with similarly. Further, in each of the embodiments, the description has been made with the main object of keeping the various characteristics constant. However, if the present invention is used, the fluctuation due to the manufacturing conditions such as the gate length and the threshold voltage, the power supply voltage, If the fluctuation of the operating conditions such as temperature fluctuates to increase the speed of the semiconductor device, control is performed so as to further increase the speed,
Conversely, if the manufacturing conditions and the use conditions fluctuate to lower the speed of the semiconductor device, it can be controlled to further lower the speed.
なお、これまで述べてきた実施例はTTLインタフエー
スを中心に述べたがECLなど他の場合についても同様に
適用できることはもちろんである。Although the embodiments described so far have been described mainly with respect to the TTL interface, it is needless to say that the same can be applied to other cases such as ECL.
以上、述べたように本発明によれば、製造条件や使用
条件などの変動があつても、安定で高信頼の半導体装置
が実現できる。また同時に、量産時に良品の収率を高く
保つことができるため、従来の半導体装置に較べて安価
に製造できる。As described above, according to the present invention, a stable and highly reliable semiconductor device can be realized even when there are fluctuations in manufacturing conditions, use conditions, and the like. At the same time, the yield of non-defective products can be kept high during mass production, so that the semiconductor device can be manufactured at lower cost than conventional semiconductor devices.
第1図〜第6図は本発明の基本概念を示す実施例を示す
図、第7図〜第52図は本発明の具体的実施例を示す図、
第53図〜第69図および第70図は本発明をDRAMおよびSRAM
へ適用した実施例を示す図。 1……チツプ、2……内部回路、3……制御回路、5…
…制御線。1 to 6 are views showing an embodiment showing the basic concept of the present invention, FIGS. 7 to 52 are views showing specific embodiments of the present invention,
FIGS. 53 to 69 and 70 show a DRAM and an SRAM according to the present invention.
FIG. 1 ... chip, 2 ... internal circuit, 3 ... control circuit, 5 ...
... control lines.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橘川 五郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 川尻 良樹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 河原 尊之 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−113195(JP,A) 特開 昭56−163582(JP,A) 特開 昭61−217991(JP,A) 特開 昭57−172587(JP,A) 特開 昭62−65937(JP,A) 特開 昭62−5422(JP,A) 特開 昭62−171315(JP,A) 特開 昭62−73755(JP,A) 特開 昭56−120158(JP,A) 特開 昭59−132014(JP,A) 特開 昭61−156762(JP,A) 特開 昭49−11238(JP,A) 特開 昭62−69306(JP,A) 特開 昭58−188388(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Goro Tachibana 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Yoshiki Kawajiri 2-280 Higashi Koikebo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Takayuki Kawahara 1-280 Higashi Koikebo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi Central Research Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-61-113195 (JP, A) JP-A-56-166352 (JP) JP-A-61-217991 (JP, A) JP-A-57-172587 (JP, A) JP-A-62-65937 (JP, A) JP-A-62-5422 (JP, A) 62-171315 (JP, A) JP-A-62-73755 (JP, A) JP-A-56-120158 (JP, A) JP-A-59-132014 (JP, A) JP-A-61-156762 (JP, A A) JP-A-49-11238 (JP, A) JP-A-62-69306 (JP, A) JP-A-58-188388 (JP, A)
Claims (10)
ルの各メモリセル内のMOSトランジスタのゲートにそれ
ぞれ接続される複数のワード線と、ワード線を駆動する
ワード線駆動回路とを具備する半導体装置において、 動作電圧が供給され、かかる動作電圧よりも大きい電圧
を上記ワード線駆動回路に供給する第1の電圧発生回路
をさらに具備し、 上記ワード線駆動回路は上記第1の電圧発生回路の出力
と選択されるべきワード線との間に電流経路を形成する
ことにより、かかる選択されるべきワード線に上記動作
電圧よりも大きい上記第1の電圧発生回路の上記出力と
対応する電圧を供給し、 上記第1の電圧発生回路は、それに供給されるパルス信
号に基づくチャージポンプ動作によって上記動作電圧を
上記動作電圧より大きい電圧に昇圧する昇圧回路と、上
記昇圧回路の出力を参照し上記昇圧回路の出力レベルに
応じて上記昇圧回路の上記チャージポンプ動作を制御す
る制御回路とを有することを特徴とする半導体装置。A plurality of memory cells; a plurality of word lines respectively connected to gates of MOS transistors in each of the plurality of memory cells; and a word line driving circuit for driving the word lines. A semiconductor device, further comprising: a first voltage generation circuit supplied with an operation voltage and supplying a voltage higher than the operation voltage to the word line drive circuit, wherein the word line drive circuit includes the first voltage generation circuit A current path between the output of the first voltage generation circuit and the word line to be selected. The first voltage generating circuit increases the operating voltage to a voltage higher than the operating voltage by a charge pump operation based on a pulse signal supplied to the first voltage generating circuit. A booster circuit for a semiconductor device characterized by a control circuit for controlling the charge pump operation of the booster circuit in accordance with the output level of the reference described above booster circuit the output of the booster circuit.
ルを判別し判別結果に応じた制御信号を形成する第1の
回路と、上記第1回路からの上記制御信号に応答して上
記昇圧回路に供給される上記パルス信号を制御するゲー
ト回路とを備えてなることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の半導体装置。A first circuit for determining an output level of the booster circuit and forming a control signal in accordance with a result of the determination; and a booster circuit responsive to the control signal from the first circuit. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate circuit for controlling the pulse signal supplied to the circuit.
を受け上記動作電圧レベルにレベル変換された出力を形
成する入力部回路と、上記入力部回路によってレベル変
換された上記出力に応答して上記動作電圧レベルの上記
制御信号を形成する出力部回路とを備えてなることを特
徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体装置。3. The first circuit receives an output level of the booster circuit and forms an output level-converted to the operating voltage level, and responds to the output level-converted by the input circuit. 3. The semiconductor device according to claim 2, further comprising: an output circuit for generating said control signal of said operating voltage level.
圧をレベルシフト電圧とするレベルシフト用の素子を含
み、上記レベルシフト用の素子によって上記昇圧回路の
出力に応じた上記レベル変換の出力を形成するようにさ
れてなることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
半導体装置。4. The input section circuit includes a level shift element that uses a voltage between terminals of a diode as a level shift voltage, and an output of the level conversion according to an output of the booster circuit by the level shift element. 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said semiconductor device is formed.
基準電圧を形成する第2の電圧発生回路を備え、 上記第1回路は、上記第2の電圧発生回路からの上記基
準電圧を参照基準として上記昇圧回路の出力レベルを判
定するMOSトランジスタを持ち、かかるMOSトランジスタ
によって上記制御信号を出力するようにされてなること
を特徴とする特許請求の範囲第2項または第3項記載の
半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second voltage generating circuit configured to receive an external power supply voltage to form a reference voltage, wherein the first circuit refers to the reference voltage from the second voltage generating circuit. 4. The semiconductor according to claim 2, further comprising a MOS transistor for determining an output level of said booster circuit as a reference, wherein said MOS transistor outputs said control signal. apparatus.
プリファレンス回路構成とされてなることを特徴とする
特許請求の範囲第5項記載の半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 5, wherein said second voltage generating circuit has a band gap reference circuit configuration.
ランジスタのしきい値電圧差に基づいて上記基準電圧を
形成するようにされてなることを特徴とする特許請求の
範囲第5項記載の半導体装置7. The semiconductor device according to claim 5, wherein said second voltage generating circuit forms said reference voltage based on a threshold voltage difference between a plurality of MOS transistors. Semiconductor device described
供給されるパルス信号をその一端に受けるチャージポン
プ用の第1の容量素子と、上記チャージポンプ用の第1
の容量素子の他端に充電電化を与える充電用の回路と、
上記チャージポンプ用の第1の容量素子の上記他端の電
圧を受け昇圧回路の出力を形成する整流用のMOSトラン
ジスタを備えてなることを特徴とする特許請求の範囲第
2項ないし第7項のうちの1に記載の半導体装置。8. The charge pump according to claim 1, wherein the booster circuit has a first capacitive element for receiving a pulse signal supplied through the gate circuit at one end thereof, and a first capacitive element for the charge pump.
A charging circuit for providing charging electrification to the other end of the capacitive element of
8. A rectifying MOS transistor which receives a voltage at the other end of the first capacitive element for the charge pump and forms an output of a booster circuit, wherein the rectifying MOS transistor is provided. 2. The semiconductor device according to claim 1.
は、上記チャージポンプ用の第1の容量素子の一端に加
えられるパルス信号と異なる位相のパルス信号によって
昇圧された電圧を形成するチャージポンプ用の第2の容
量素子を備えかかるチャージポンプ用の第2の容量素子
によって上記チャージポンプ用の第1の容量素子を充電
するようにされてなることを特徴とする特許請求の範囲
第8項記載の半導体装置。9. The charge pump in the booster circuit according to claim 1, wherein the charge pump circuit forms a voltage boosted by a pulse signal having a phase different from a pulse signal applied to one end of the charge pump first capacitor. 9. A charge pump according to claim 8, wherein said charge pump second capacitor is charged by said charge pump second capacitor. Semiconductor device.
保持するダイナミック型メモリセルであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項ないし第9項の内の1に記載
の半導体装置。10. The semiconductor device according to claim 1, wherein said memory cell is a dynamic memory cell that retains information by a capacitance.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63108990A JP2735221B2 (en) | 1987-05-22 | 1988-05-06 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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