JP2932433B2 - データ入出力感知形基板電圧発生回路 - Google Patents

データ入出力感知形基板電圧発生回路

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JP2932433B2
JP2932433B2 JP10110569A JP11056998A JP2932433B2 JP 2932433 B2 JP2932433 B2 JP 2932433B2 JP 10110569 A JP10110569 A JP 10110569A JP 11056998 A JP11056998 A JP 11056998A JP 2932433 B2 JP2932433 B2 JP 2932433B2
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    • G11C5/145Applications of charge pumps; Boosted voltage circuits; Clamp circuits therefor
    • G11C5/146Substrate bias generators

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板電圧発生回路
に係るもので、詳しくは、データ入出力の入力電位を感
知して基板電圧発生回路の駆動能力を可変させ、基板電
位の上昇を効果的に防止し得るデータ入出力感知形基板
電圧発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の基板電圧発生回路においては、図
4に示すように、基板電圧を感知する基板電圧センサ1
0と、該基板電圧センサ10からの出力信号及び外部か
らのRAS(Row Address Strobe)信号の反転信号(以
下「RASB信号」と表記する)により駆動されて所定
周期のパルス信号を出力する発振器20と、該発振器2
0の出力により電荷をポンピングするチャージポンプ3
0と、該チャージポンプでポンピングされた電荷を受け
る基板40と、から構成されていた。
【0003】そして、前記基板電圧センサ10において
は、図5に示したように、電源電圧Vccと基板電圧V
BBの端子間に直列接続されたpチャンネルのPMOS
トランジスタ11及びnチャンネルのNMOSトランジ
スタ12,13と、それらの出力を反転するインバータ
ー14とを備え、上記PMOSトランジスタ11及びN
MOSトランジスタ12のゲートは接地電圧Vssに共
通に接続されていた。
【0004】前記発振器20においては、外部からのR
ASB信号と前記基板電圧センサ10からの出力信号と
を否定論理積するNANDゲート21と、該NANDゲ
ート21の出力を一方の入力端子に受けるように順次直
列接続された各NANDゲート22,23,24と、こ
の最後のNANDゲート24の出力を反転させるインバ
ーター25と、さらにこのインバーター25の出力を反
転させるインバーター26とを備え、前記NANDゲー
ト24の出力はNANDゲート22の他方の入力端子に
入力されるようになっていた。
【0005】前記チャージポンプ30においては、前記
発振器20から出力されたクロック信号によりVcc又
は−Vccにポンピングするポンピングキャパシタ31
と、該ポンピングキャパシタ31の出力を接地電圧Vs
sの端子に放電させてダイオードの役割を行うNMOS
トランジスタ32と、前記ポンピングキャパシタ31で
ポンピングされた電荷を前記基板電圧センサ10の基板
電圧VBBの端子に伝達するNMOSトランジスタ33
とを備えていた。
【0006】次に、このように構成された基板電圧発生
回路の動作を説明する。先ず、基板電圧VBBの変化に
従い基板電圧センサ10の出力端子a(図5参照)の電
位は、次の式により決められる。即ち、 Vss>VBB+2Vth (ここで、Vssは接地電圧、VBBは基板電圧、Vt
hは各NMOSトランジスタ12,13のしきい値電
圧)である場合は、NMOSトランジスタ12,13が
ターンオンされて電流I1が流れ、出力端子aの電位は
インバーター14の論理変換点まで下がってインバータ
ー14の出力がハイレベルになる。一方、 Vss<VBB+2Vth である場合は、出力端子aの電位はVccレベルにプー
ルアップされてインバーター14の出力がローレベルに
なる。
【0007】ところが、図6(C)に示すように基板電
圧VBBは0であるので、前述のように、出力端子aの
電位はVccレベルにプールアップされてインバーター
14の出力がローレベルになる。よって、発振器20
は、前記外部のRASB信号がローレベルで入力する
か、又は基板電圧VBBが上昇する場合の基板電圧セン
サ10からローレベルが出力されるときに動作して、図
6(A)に示すように、所定周期を有するパルス状のク
ロック信号bを出力する。
【0008】次いで、前記チャージポンプ30は、前記
発振器20から出力されたクロック信号b(図5参照)
により電荷をポンピングし、該ポンピングされた電荷を
基板電圧VBBの端子に出力して、上昇された基板電圧
VBBを降下させる。即ち、Vccレベルのクロック信
号bが入力すると、図6(B)に示すように、チャージ
ポンプ30のポンピングキャパシタ31は端子cの電位
をVccにポンピングさせ、このとき、前記NMOSト
ランジスタ32のドレインとゲートは相互接続されてい
るため、前記ポンピングされたVccによりNMOSト
ランジスタ32はターンオンされる。従って、前記Vc
cでポンピングされた端子cの電位はNMOSトランジ
スタ32のしきい値電圧Vt1になるまで接地電圧Vs
sの端子に放電される。
【0009】次いで、前記発振器20から出力されたク
ロック信号bがローレベルになると、図6(B)に示す
ように、ポンピングキャパシタ31は端子cの電位を−
Vccにポンピングさせるが、初期はNMOSトランジ
スタ32のしきい値電圧Vt1により端子cの電位は−
Vcc+Vt1だけ落ちた後、NMOSトランジスタ3
3のしきい値電圧Vt2まで増加して−Vt2になる。
このとき、基板電圧VBBは0である。
【0010】その後、チャージポンプ30は、前記発振
器20から出力されたクロック信号bによりポンピング
動作を反復して、図6(C)に示すように端子cの電位
が−Vcc+Vt1+Vt2になると、Vss>VBB
+Vt1+Vt2となって各NMOSトランジスタ1
2,13はターンオンされるため、基板電圧センサ10
から出力されたハイレベルの信号により発振器20が停
止し、ポンピング動作も停止する。
【0011】一方、従来のデータ入出力回路において
は、図7に示すように、一方の入力端子にイネーブル信
号ENを、他方の入力端子に出力データD0,D0Bを
それぞれ受けるNANDゲート34,35と、それらN
ANDゲート34,35の出力をそれぞれ反転させる各
インバーター36,37と、電源電圧Vccと接地電圧
Vss間に直列接続されてそれぞれのゲートに各インバ
ーター36,37の出力を受ける各NMOSトランジス
タ38,39と、から構成されていた。この場合、各N
MOSトランジスタ38,39のゲートは基板電圧VB
Bの端子にそれぞれ接続されていた。
【0012】そこで、前記データ入出力回路のデータラ
イト動作を説明すると、データ入出力端I/Oに入力す
るローレベルの電圧がノイズにより−Vthになると、
NMOSトランジスタ38はターンオンされて、Vcc
から入出力端I/Oに電流Idsが流れる。よって、前
記電流Idsにより接合(Junction)を通して基板側に
流れる基板電流Isubが発生して基板電圧VBBを上
昇させる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来の基板電圧発生回路においては、基板電圧センサ10
からの出力信号又は外部からのRASB信号により図4
に示す基板電圧発生回路が動作して基板に電荷を供給す
るが、このとき、図7に示すデータ入出力回路に発生さ
れる電流Isubを考慮して基板電圧発生回路の駆動能
力を強化する場合、正常領域で必要以上に駆動能力が強
化されて消費電流が増加し、データ入出力回路の電流変
化による基板電圧VBBの変動に対し速く対応し得ない
という問題点があった。
【0014】そこで、このような問題点を解決するため
本発明の目的は、データ入出力の入力電位を感知して基
板電圧発生回路の駆動能力を可変させて、基板電位が上
昇することを効果的に防止し得るデータ入出力感知形基
板電圧発生回路を提供しようとするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係るデータ入出力感知形基板電圧発生
回路は、第1、第2、第3信号を受けて周期を可変させ
る周期可変形発振器と、該周期可変形発振器から出力さ
れる駆動信号の周期により基板に電荷をポンピングする
チャージポンプと、を備えて構成されたものである。
【0016】前記第1信号は外部からのRAS信号の反
転信号であり、第2信号は基板電圧感知信号であり、第
3信号はデータ入出力電圧感知部のデータ入出力電圧感
知信号である。
【0017】前記周期可変形発振器は、第1信号又は第
2信号がローレベルであるとき駆動されるように構成さ
れている。
【0018】前記周期可変形発振器は、第3信号により
駆動信号の周期を可変して出力するように構成されてい
る。
【0019】前記周期可変形発振器から出力される駆動
信号の周期は、第3信号がローレベルであるときより
も、ハイレベルであるときに短くなるようにされてい
る。
【0020】前記駆動信号は、第3信号がローレベルで
ある場合に5個のインバーターが直列接続された5段の
周期決定経路から出力され、第3信号がハイレベルであ
る場合は3個のインバーターが直列接続された3段の周
期決定経路から出力されるようになっている。
【0021】前記第3信号は、データ入出力電圧がデー
タ入出力電圧感知部のPMOSトランジスタのマイナス
しきい値電圧よりも低いとハイレベルの感知信号にな
り、データ入出力電圧が前記PMOSトランジスタのマ
イナスしきい値電圧よりも高いとローレベルの感知信号
になるようにされている。
【0022】前記第3信号は、ソースが接地電圧に、ゲ
ートはデータ入出力電圧に、ドレインは基板にそれぞれ
電気的に接続されたPMOSトランジスタと、該PMO
Sトランジスタのドレインの電位を受ける第1インバー
ターと、該第1インバーターの出力を受ける第2インバ
ーターと、該第2インバーターの出力を受ける第3イン
バーターとを備えた主構成素子中の、第3インバーター
の出力である。
【0023】前記周期可変形発振器は、前記第1、第2
信号を受けるNANDゲートと、前記第3信号及び該第
3信号がインバーターを介して反転された信号によりそ
れぞれ動作する第1、第2伝送ゲートと、それら第1、
第2伝送ゲートの出力を共通に受ける第4インバーター
と、前記NANDゲートの制御により第4インバーター
の出力を反転する第5インバーターと、前記NANDゲ
ートの制御により第5インバーターの出力を反転する第
6インバーターと、該第6インバーターの出力を受ける
第7インバーターと、該第7インバーターの出力を受け
る第8インバーターとを備え、前記第1、第2伝送ゲー
トはそれぞれ前記第6、第8インバーターの各出力を受
け、第6インバーターの出力が駆動信号とされたもので
ある。
【0024】また、具体的な実施の形態に即した本発明
に係るデータ入出力感知形基板電圧発生回路は、基板電
圧を感知する基板電圧センサと、データ入出力端の電圧
を感知するデータ入出力電圧感知部と、RAS信号の反
転信号又は前記基板電圧センサの出力信号により駆動さ
れて前記データ入出力電圧感知部の出力信号により駆動
信号の周期を可変して出力する周期可変形発振器と、前
記調節された駆動信号の周期により基板に電荷をポンピ
ングするチャージポンプと、を備えて構成されたもので
ある。
【0025】前記周期可変形発振器は、前記データ入出
力電圧感知部の感知信号がローレベルであるときよりも
ハイレベルであるときに短い周期の駆動信号として出力
するように構成されている。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。本発明に係るデータ入出力感
知形基板電圧発生回路においては、図1に示すように、
図4に示した従来の基板電圧発生回路に、データ入出力
端の電圧を感知するデータ入出力電圧感知部100と、
外部からのRAS信号の反転信号(以下「RASB信
号」と表記する)並びに前記データ入出力電圧感知部1
00及び基板電圧センサ10からの各出力信号を受けて
クロック信号の周期を可変する周期可変形発振器200
と、を追加して構成されている。
【0027】前記データ入出力電圧感知部100におい
ては、図2に示すように、ソースは接地電圧Vssに、
ゲートはデータ入出力電圧に、ドレインは基板にそれぞ
れ電気的に接続されたPMOSトランジスタ49と、該
PMOSトランジスタ49のドレインの電位を受けるP
MOSトランジスタ51及びNMOSトランジスタ52
から成る第1インバーターと、該第1インバーター(5
1,52)の出力を受けるPMOSトランジスタ54及
びNMOSトランジスタ55から成る第2インバーター
と、該第2インバーター(54,55)の出力を受ける
PMOSトランジスタ56及びNMOSトランジスタ5
7から成る第3インバーターとからなる主構成素子と、
各NMOSトランジスタ42,44,48,53及び各
PMOSトランジスタ41,43,45,46,47,
50からなるバイアス素子と、を備えている。
【0028】前記周期可変形発振器200においては、
図3に示すように、前記データ入出力電圧感知部100
から出力される感知信号SE及び該感知信号SEがイン
バーター69を介して反転された信号の入力によりそれ
ぞれ動作される第1、第2伝送ゲート61,62と、前
記基板電圧センサ10からの出力信号と外部からのRA
SB信号とを否定論理積するNANDゲート63と、前
記第1伝送ゲート61を通って入力した駆動信号DRV
の信号レベルを反転させる第4インバーター64と、前
記NANDゲート63の出力により駆動されて該第4イ
ンバーター64の出力を順次反転させて新しい駆動信号
を出力する第5インバーター65及び第6インバーター
66と、駆動信号DRVの信号レベルを反転させる第7
インバーター67と、該第7インバーター67の出力を
反転させて前記第2伝送ゲート62を通って前記第4イ
ンバーター64に出力する第8インバーター68と、を
備えている。
【0029】また、前記第4、第7、第8インバーター
64,67,68は、電源電圧Vccと接地電圧Vss
間に直列接続されてゲートが共通接続されたPMOSト
ランジスタ及びNMOSトランジスタを有し、第5及び
第6インバーター65,66は、それぞれのソースが電
源電圧Vccに接続され、一方のゲートは前記NAND
ゲート63の出力に接続され他方のゲートは前段のイン
バーターの出力に接続され、それぞれのドレインは共通
接続された二つのPMOSトランジスタと、それら二つ
のPMOSトランジスタのドレインと接地電圧Vss間
に直列接続され、一方のゲートは前記NANDゲート6
3の出力に接続され他方のゲートは前段のインバーター
の出力に接続された二つのNMOSトランジスタとを有
している。
【0030】次に、このように構成された本発明のデー
タ入出力感知形基板電圧発生回路の動作を説明する。先
ず、図1において、データ入出力電圧感知部100は、
データ入出力端の電位が所定レベル以下に低くなるとハ
イレベルの感知信号SE(図2参照)を出力し、データ
入出力端の電位が所定レベル以上であるとローレベルの
感知信号SEを出力する。且つ、基板電圧センサ10
は、従来と同様に、基板電圧VBBの端子の電圧を感知
して出力し、周期可変形発振器200は前記基板電圧セ
ンサ10の出力により駆動されて、前記データ入出力電
圧感知部100の出力レベルに従い駆動信号DRV(図
3参照)の周期を低くさせるか又は遅延させてチャージ
ポンプ30のポンピング回数を調節することにより、短
い時間内に基板電圧VBBの上昇を効果的に防止する。
【0031】即ち、図2で、データ入出力端I/Oの電
位が−Vtp(Vtp:PMOSトランジスタのしきい
値電圧)に低くなると、PMOSトランジスタ49はタ
ーンオンされて電流I2が流れ、このとき、NMOSト
ランジスタ42,44,48及びPMOSトランジスタ
41,43,46,47はターンオンの状態にある。
【0032】従って、端子dの電位が低くなってPMO
Sトランジスタ51がターンオンされると、ハイレベル
の電源電圧VccによりNMOSトランジスタ55及び
PMOSトランジスタ56が順次ターンオンされ、出力
端子を通ってハイレベルの感知信号SEが出力される。
また、データ入出力端I/Oの電位が−Vtp以上にな
ると、出力端子を通ってローレベルの感知信号SEが出
力される。
【0033】その後、データ入出力端I/Oの電位が再
び−Vtpに低くなってデータ入出力電圧感知部100
からハイレベルの感知信号SEが出力されると、図3に
示すように、第1伝送ゲート61がターンオンされて周
期可変形発振器200で出力される駆動信号DRVの周
期決定経路は、第4、第5、第6インバーター64,6
5,66を直列接続した3段の周期決定経路で形成さ
れ、基板電圧発生回路の駆動能力が強化される。
【0034】そして、外部からのRASB信号がローレ
ベルで入力するか又は基板電圧VBBが上昇する場合、
即ち、基板電圧センサ10からローレベルの電圧が出力
されるとき、NANDゲート63はハイレベルの信号を
出力して第5、第6インバーター65,66を駆動させ
る。よって、ハイレベル又はローレベルを維持していた
駆動信号DRVは、第1伝送ゲート61及び第4、第
5、第6インバーター64,65,66を通って順次反
転されて出力され、駆動信号DRVの周期が速くなる。
【0035】一方、データ入出力端I/Oの電位が−V
tp以上になってデータ入出力電圧感知部100からロ
ーレベルの感知信号SEが出力されると、第2伝送ゲー
ト62がターンオンされて周期可変形発振器200から
出力された駆動信号DRVの周期決定経路は、第4、第
5、第6、第7、第8インバーター64,65,66,
67,68を直列接続した5段の周期決定経路で形成さ
れる。よって、ハイレベル又はローレベルを維持してい
た駆動信号DRVは、第2伝送ゲート62及び第7、第
8、第4、第5、第6インバーター67,68,64,
65,66を通って順次反転されて出力され、駆動信号
DRVの周期は遅くなる。
【0036】その後、チャージポンプ30は、前記周期
可変形発振器200から出力された駆動信号DRVによ
り該駆動信号DRVの周期が速いとチャージポンピング
の回数を増加させ、周期が遅いとチャージポンピングの
回数を減少させる。
【0037】結局、本発明は、基板電圧VBBが上昇す
る場合、前記周期可変形発振器200から出力された駆
動信号DRVの周期を速くしてチャージポンプ30の単
位時間内のチャージポンピングの回数を増加させること
により、基板電圧VBBの上昇を防止する。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るデー
タ入出力感知形基板電圧発生回路においては、外部のR
ASB信号又は基板電圧の感知信号により回路を駆動さ
せた後、データ入出力端の電位が低くなる場合にのみ電
圧発生回路の駆動能力を強化させて、消費電流を減らし
得るという効果がある。また、直接データ入出力端の電
位を感知して可変された駆動信号によりチャージポンピ
ングの回数を調節して、データ入出力端の電位変化によ
る基板電圧の変動に速く対応し、上昇された基板電圧を
速い時間内に安定し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るデータ入出力感知形基板電圧発生
回路を示したブロック図である。
【図2】上記データ入出力感知形基板電圧発生回路にお
けるデータ入出力電圧感知部の内部構成を示した回路図
である。
【図3】上記データ入出力感知形基板電圧発生回路にお
ける周期可変形発振器の内部構成を示した回路図であ
る。
【図4】従来の基板電圧発生回路を示したブロック図で
ある。
【図5】従来の基板電圧発生回路の内部構成を示した回
路図である。
【図6】従来の基板電圧発生回路各部の動作波形図であ
る。
【図7】従来のデータ入出力回路の構成を示す回路図で
ある。
【符号の説明】 10…基板電圧センサ 30…チャージポンプ 40…基板 41,43,45,46,47,49,50,51,5
4,56…PMOSトランジスタ 42,44,48,52,53,55,57…NMOS
トランジスタ 61…第1伝送ゲート 62…第2伝送ゲート 63…NANDゲート 64…第4インバーター 65…第5インバーター 66…第6インバーター 67…第7インバーター 68…第8インバーター 100…データ入出力電圧感知部 200…周期可変形発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/04 H01L 21/822

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1、第2、第3信号を受けて周期を可
    変させる周期可変形発振器と、 該周期可変形発振器から出力される駆動信号の周期によ
    り基板に電荷をポンピングするチャージポンプと、を備
    えて構成されることを特徴とするデータ入出力感知形基
    板電圧発生回路。
  2. 【請求項2】 前記第1信号は外部からのRAS信号の
    反転信号であり、第2信号は基板電圧感知信号であり、
    第3信号はデータ入出力電圧感知部のデータ入出力電圧
    感知信号であることを特徴とする請求項1記載のデータ
    入出力感知形基板電圧発生回路。
  3. 【請求項3】 前記周期可変形発振器は、第1信号又は
    第2信号がローレベルであるとき駆動されるように構成
    することを特徴とする請求項1記載のデータ入出力感知
    形基板電圧発生回路。
  4. 【請求項4】 前記周期可変形発振器は、第3信号によ
    り駆動信号の周期を可変して出力することを特徴とする
    請求項1記載のデータ入出力感知形基板電圧発生回路。
  5. 【請求項5】 前記周期可変形発振器から出力される駆
    動信号の周期は、第3信号がローレベルであるときより
    も、ハイレベルであるときに短くなることを特徴とする
    請求項4記載のデータ入出力感知形基板電圧発生回路。
  6. 【請求項6】 前記駆動信号は、第3信号がローレベル
    である場合に5個のインバーターが直列接続された5段
    の周期決定経路から出力され、第3信号がハイレベルで
    ある場合は3個のインバーターが直列接続された3段の
    周期決定経路から出力されることを特徴とする請求項5
    記載のデータ入出力感知形基板電圧発生回路。
  7. 【請求項7】 前記第3信号は、データ入出力電圧がデ
    ータ入出力電圧感知部のPMOSトランジスタのマイナ
    スしきい値電圧よりも低いとハイレベルの感知信号にな
    り、データ入出力電圧が前記PMOSトランジスタのマ
    イナスしきい値電圧よりも高いとローレベルの感知信号
    になることを特徴とする請求項2記載のデータ入出力感
    知形基板電圧発生回路。
  8. 【請求項8】 前記第3信号は、ソースが接地電圧に、
    ゲートはデータ入出力電圧に、ドレインは基板にそれぞ
    れ電気的に接続されたPMOSトランジスタと、該PM
    OSトランジスタのドレインの電位を受ける第1インバ
    ーターと、該第1インバーターの出力を受ける第2イン
    バーターと、該第2インバーターの出力を受ける第3イ
    ンバーターとを備えた主構成素子中の、第3インバータ
    ーの出力であることを特徴とする請求項2記載のデータ
    入出力感知形基板電圧発生回路。
  9. 【請求項9】 前記周期可変形発振器は、前記第1、第
    2信号を受けるNANDゲートと、前記第3信号及び該
    第3信号がインバーターを介して反転された信号により
    それぞれ動作する第1、第2伝送ゲートと、それら第
    1、第2伝送ゲートの出力を共通に受ける第4インバー
    ターと、前記NANDゲートの制御により第4インバー
    ターの出力を反転する第5インバーターと、前記NAN
    Dゲートの制御により第5インバーターの出力を反転す
    る第6インバーターと、該第6インバーターの出力を受
    ける第7インバーターと、該第7インバーターの出力を
    受ける第8インバーターとを備え、前記第1、第2伝送
    ゲートはそれぞれ前記第6、第8インバーターの各出力
    を受け、第6インバーターの出力が駆動信号であること
    を特徴とする請求項1記載のデータ入出力感知形基板電
    圧発生回路。
  10. 【請求項10】 基板電圧を感知する基板電圧センサ
    と、 データ入出力端の電圧を感知するデータ入出力電圧感知
    部と、 RAS信号の反転信号又は前記基板電圧センサの出力信
    号により駆動されて前記データ入出力電圧感知部の出力
    信号により駆動信号の周期を可変して出力する周期可変
    形発振器と、 前記調節された駆動信号の周期により基板に電荷をポン
    ピングするチャージポンプと、を備えて構成されること
    を特徴とするデータ入出力感知形基板電圧発生回路。
  11. 【請求項11】 前記周期可変形発振器は、前記データ
    入出力電圧感知部の感知信号がローレベルであるときよ
    りもハイレベルであるときに短い周期の駆動信号として
    出力することを特徴とする請求項10記載のデータ入出
    力感知形基板電圧発生回路。
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