JP3217099B2 - スタートアップ回路 - Google Patents

スタートアップ回路

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JP3217099B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイナミック・ランダ
ム・アクセス・メモリ(以下、DRAMという)等の半
導体装置におけるスタートアップ回路に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】スタートアップ回路は、DRAM等の種
々の半導体装置に用いられている。例えば、DRAMに
用いられるスタートアップ回路は、スタートアップ信号
STを立上げ、ロウアドレスストロブ信号RASN (但
し、Nは反転を意味する)の入力をイネーブルにするこ
とにより、電源投入から動作開始までのポーズ時間を設
定している回路である。ロウアドレスストロブ信号RA
N は、行アドレスのラッチ及びその行アドレスに基づ
き、ワード線の選択、セルのリフレッシュを行う信号で
ある。
【0003】図2は、従来のスタートアップ回路を用い
たDRAMにおけるWCBR(WEN and CAS
N before RASN )初段回路の構成例を示す
ブロック図である。
【0004】スタートアップ回路10は、電源電位Vc
cと接地電位Vssに接続され、電源投入後、該電源電
位Vccが上昇して所定電位になると、スタートアップ
信号STを立上げる回路であり、その出力側にRASN
入力回路20が接続されている。RASN 入力回路20
は、スタートアップ信号STに基づき、信号RASN
入力を制御する回路であり、スタートアップ信号STを
反転するインバータ21と、該インバータ21の出力に
よって信号RASN の入力を制御して出力信号RAS1
を出力するNORゲート22とで、構成されている。ス
タートアップ信号STは、インバータ25,26で遅延
され、その遅延信号ST1と、RASN 入力回路20の
出力信号RAS1と、ライトイネーブル信号WEN と、
コラムアドレスストロブ信号CASN とが、WCBR判
定回路30に入力されている。
【0005】ライトイネーブル信号WEN は、行アドレ
ス、列アドレスで選択されたセルに対する書込み/読出
しモードを決める信号である。コラムアドレスストロブ
信号CASN は、列アドレスのラッチ及びその列アドレ
スに基づき、ビット線の選択を行い、書込みあるいは読
出し動作を行う信号である。これらの信号WEN ,CA
N は、WCBR判定回路30に入力されると共に、他
の回路へも供給される。WCBR判定回路30は、信号
RASN が“H”レベル(すなわち、信号RAS1が
“L”レベル)、信号CASN が“L”レベル、信号W
N が“L”レベルの状態(この状態をWCBRクロッ
クと称する)が入力されると、信号WCBRを活性化し
てDRAMをテストモード動作に移す回路である。
【0006】図3は、図2に示すWCBR初段回路の動
作の概要を示すタイミングチャートである。スタートア
ップ信号ST及びその遅延信号ST1は、それぞれRA
N 入力回路20及びWCBR判定回路30の有効/無
効状態を制御する機能を有している。そして、電源投入
後、電源電位Vccが上昇すると、スタートアップ回路
10によってスタートアップ信号STが立上り、RAS
N 入力回路20がイネーブルになり、その出力信号RA
S1が立上る。スタートアップ信号STが立上ると、そ
れがインバータ25,26で遅延されてその遅延信号S
T1が立上り、WCBR判定回路30を有効な状態にす
る。
【0007】図4は、図2中に示す従来のスタートアッ
プ回路の一構成例を示す回路図である。このスタートア
ップ回路10は、ノードN41の電荷を引き抜いてその
電位を降下させる電荷引き抜き回路40と、そのノード
N41と電源電位Vcc間に接続されたPチャネル型M
OSトランジスタ(以下、PMOSという)からなるP
MOSキャパシタ45と、ノードN41の電位を反転し
てスタートアップ信号STを出力するPMOS51及び
Nチャネル型MOSトランジスタ(以下、NMOSとい
う)52からなるインバータ50とで、構成されてい
る。
【0008】電荷引き抜き回路40は、ゲートが接地電
位Vssに接続されたPMOS41、ゲートが電源電位
Vccに接続されたNMOS42、及びゲートとドレイ
ンが共通接続されたNMOS43を有し、それらが電源
電位Vccと接地電位Vssとの間に直列接続されてい
る。PMOS41及びNMOS42の各ドレインは、ノ
ードN41に接続され、該NMOS42のソースとNM
OS43のドレイン及びゲートとがノードN42に接続
されている。
【0009】図5は、図4の動作の概要を示すタイミン
グチャートであり、この図を参照しつつ、図4のスター
トアップ回路の動作を説明する。まず、スタートアップ
信号STは、初期状態において“L”レベルになってい
る。電源投入後、電源電位Vccが上昇すると、PMO
S41及びNMOS42がオンし、ノードN41,N4
2の電位が電源電位Vccと共に上昇する。そして、ノ
ードN42の電位がNMOS43の閾値Vt を越える
と、該NMOS43がオンし、ノードN41の電荷が引
き抜かれてその電位が下がる。このとき、インバータ5
0はノードN41の電位を“L”と認識するので、その
出力であるスタートアップ信号STが立上る。このスタ
ートアップ信号STは、電源電位Vccと共に上昇し、
該電源電位Vccが安定すると、該信号STも“H”レ
ベルで安定する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スタートアップ回路では、次のような課題があった。図
4のスタートアップ回路では、図3に示すように、電源
投入後、電源電位Vccが2.4V以下でもスタートア
ップ信号STが立上り、図2のRASN 入力回路20が
イネーブルになる。ここで、図3に示すように、RAS
N =“L”、CASN =“L”、WEN =“L”の状態
のとき、スタートアップ信号STが立上ると、RASN
=“L”であっても、電源電位Vccが低電位ではRA
N =“H”と判定される。すると、このRASN
“H”を受けて、RASN 入力回路20の出力信号RA
S1が図3の破線のようになり、WCBRクロック(R
AS1=“L”,CASN =“L”,WEN =“L”)
がWCBR判定回路30に入力し、テストモードに移っ
てしまう。
【0011】そのため、電源投入後、WCBRクロック
を含まないすべてのサイクルで、ノーマル動作を保証す
るためには、テストモード解除のための初期化(Ini
tialization)サイクルの実行を必要とす
る。このように、従来のスタートアップ回路では、スタ
ートアップ信号STの立上り時刻を精度良く制御するこ
とが難しく、例えば立上り時の電源電位Vccが2.4
V以下でも該スタートアップ信号STが立上って不都合
が生じるという点について解決したスタートアップ回路
を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第1の発明は、一端がノードに他端が電源電位にそ
れぞれ接続されたキャパシタと、前記ノードの電荷を引
き抜いて電位を降下させる電荷引き抜き回路と、前記ノ
ードの電位降下時にスタートアップ信号を立上げ、該ス
タートアップ信号を前記電源電位と共に上昇させて
“H”レベルに安定化させるインバータとを、備えたス
タートアップ回路において、前記電源電位が所定電位ま
で上昇すると所定の中間電位を発生する中間電位発生手
段と、前記電荷引き抜き回路と接地電位との間に接続さ
れ、前記中間電位によりオン状態となって前記電荷引き
抜き回路を動作させるスイッチ手段とを、設けている。
【0013】第2の発明では、第1の発明のスタートア
ップ回路の電荷引き抜き回路を、ゲートが接地電位にソ
ース・ドレインが電源電位及び前記ノードにそれぞれ接
続された第1のPMOSと、ゲートが前記接地電位にソ
ースが前記ノードにそれぞれ接続された第2のPMOS
と、ゲート及びドレインが前記第2のPMOSのドレイ
ンにソースが前記スイッチ手段にそれぞれ接続されたN
MOSとで、構成している。
【0014】第3の発明では、第1の発明の中間電位発
生手段が、電源電位と接地電位間に直列接続された複数
のNMOSと、前記複数のNMOSのいずれかのドレイ
ンに接続されたクランプ手段と、前記いずれかのドレイ
ンに接続され前記中間電位を出力する抵抗手段とを、備
えている。
【0015】第4の発明では、第2の発明のスイッチ手
段をNMOSで構成している。第5の発明では、第3の
発明のクランプ手段を、ゲートとドレインが共通接続さ
れたMOSトランジスタで構成している。
【0016】
【作用】第1の発明によれば、以上のようにスタートア
ップ回路を構成したので、中間電位発生手段は、電源投
入後、電源電位が所定のレベルに達するまで、出力であ
る中間電位を例えば“L”レベルに保持する。そのた
め、スイッチ手段がオフ状態に保持されるので、電荷引
き抜き回路の動作が抑止される。これにより、インバー
タから出力されるスタートアップ信号の立上り時刻にお
ける制御精度の向上が図れる。
【0017】第2の発明によれば、第1,第2のPMO
S及びNMOSで構成される電荷引き抜き回路は、スイ
ッチ手段によって動作が開始されると、ノードの電荷を
引き抜いてその電位を速やかに降下させる。第3の発明
によれば、中間電位発生手段を構成するクランプ手段
は、中間電位の“H”レベルを的確に規制し、その中間
電位により、抵抗手段を介してスイッチ手段を制御する
働きがある。第4の発明によれば、NMOSで構成され
たスイッチ手段は、少ないトランジスタ形成面積で、動
作速度の速いスイッチ動作を行わせる。第5の発明によ
れば、クランプ手段を構成するMOSトランジスタは、
少ないトランジスタ形成面積で、電流損失の少ないクラ
ンプ動作を行わせる。従って、前記課題を解決できるの
である。
【0018】
【実施例】図1は本発明の実施例を示すもので、例えば
DRAMに用いられるスタートアップ回路の回路図であ
る。このスタートアップ回路は、電源電位Vccが所定
電位まで上昇すると所定の中間電位VR を発生する中間
電位発生手段60と、ノードN71の電荷を引き抜いて
その電位を降下させる電荷引き抜き回路70と、該電荷
引き抜き回路70と接地電位Vssとの間に接続され中
間電位VR によりオン状態となって該電荷引き抜き回路
70を動作させるスイッチ手段(例えば、NMOS)7
5とを、備えている。さらに、一端がノードN71に他
端が電源電位Vccにそれぞれ接続されたPMOSキャ
パシタ76と、ノードN71の電位降下時にスタートア
ップ信号STを立上げ該スタートアップ信号STを電源
電位Vccと共に上昇させて“H”レベルに安定化させ
るインバータ80とが、設けられている。
【0019】中間電位発生手段60は、ゲートが電源電
位Vccに接続されたNMOS61と、ゲートが共通接
続された複数のNMOS62−1〜62−nと、ゲート
及びドレインが接続されたNMOS63とを有し、それ
らが電源電位Vccと接地電位Vssとの間に直列に接
続されている。複数のNMOS62−1〜62−nの各
ゲートは、共通接続されて該NMOS62−1のドレイ
ンに接続されている。この複数のNMOS62−1〜6
2−nのいずれか1つ、例えばNMOS62−(i+
1)のドレインがノードN62に接続されている。
【0020】ノードN62は、キャパシタ64を介して
電源電位Vccに、キャパシタ65を介して接地電位V
ssにそれぞれ接続されると共に、中間電位VR のクラ
ンプ手段が接続されている。クランプ手段は、例えばN
MOS66で構成され、そのゲート及びドレインがノー
ドN62に、ソースが接地電位Vssにそれぞれ接続さ
れている。また、ノードN62には、中間電位VR を出
力する抵抗手段(例えば、抵抗)67が接続されてい
る。キャパシタ64,65と抵抗67は、中間電位発生
手段60の出力である中間電位VR を安定化させるため
のものである。
【0021】電荷引き抜き回路70は、ゲートが接地電
位Vssに接続されたPMOS71,72と、ゲート及
びドレインが共通接続されたNMOS73とを有し、そ
れらが電源電位VccとノードN73との間に直列に接
続されている。ノードN73と接地電位Vssとの間に
は、中間電位VR によって制御されるスイッチ手段が接
続されている。スイッチ手段は、例えばNMOS75で
構成され、そのドレインがノードN73に、ソースが接
地電位Vssにそれぞれ接続されている。
【0022】NMOS71のドレインにはノードN71
が接続され、該ノードN71がPMOSキャパシタ76
を介して電源電位Vccに接続されると共に、インバー
タ80の入力側に接続されている。インバータ80は、
ゲートがノードN71に共通接続されたPMOS81,
82と、ゲートがノードN71に共通接続されたNMO
S83,84とを有し、それらが電源電位Vccと接地
電位Vssとの間に直列に接続され、該PMOS82の
ドレインからスタートアップ信号STを出力する構成に
なっている。
【0023】図6は図1の動作の概要を示すタイミング
チャートであり、この図を参照しつつ、図1のスタート
アップ回路の動作を説明する。まず、初期状態で中間電
位発生手段60の中間電位VR は“H”レベルであり、
電源投入後、電源電位Vccが上昇し、該電源電位Vc
cが、直列接続されたNMOS61,62−1〜62−
iの閾値を越えたとき、該中間電位VR が上昇を始め
る。そして、中間電位VR が、直列接続されたNMOS
62−(i+1)〜62−n,63の閾値に達すると、
安定する。
【0024】また、電荷引き抜き回路70内のノードN
71,N73も、従来回路と同様に、電源電位Vccの
上昇と共に立上るが、中間電位VR がNMOS75の閾
値を越え、該NMOS75がオンするまで該ノードN7
1の電荷が引き抜かれないので、インバータ80の出力
であるスタートアップ信号STは初期状態の0Vに保持
される。中間電位VR がNMOS75の閾値を越えて該
NMOS75がオンすると、電荷引き抜き回路70が動
作してノードN71の電荷が引き抜かれ、スタートアッ
プ信号STが立上る。このスタートアップ信号STは、
電源電位Vccの上昇と共に立上る。
【0025】図4の従来回路では、NMOS43の閾値
によってスタートアップ信号STの立上るときの電源電
位Vccの電位が決まっていたのに対し、本実施例の回
路では、中間電位VR によってスタートアップ信号ST
の立上りを制御している。すなわち、従来回路では、電
源投入後に電源電位Vccが上昇し、電荷引き抜き回路
40がオンしてスタートアップ信号STが立上るのに対
し、本実施例では、電源投入後に電源電位Vccが上昇
し、中間電位VR が立上ってスタートアップ信号STが
立上るので、スタートアップのかかる電源電位Vccの
電位を高精度に制御し、このスタートアップのかかる電
源電位Vccの電位を例えば2.4V以上にできる。こ
れにより、本実施例のスタートアップ回路を図2のWC
BR初段回路に適用した場合、電源投入後のサイクルが
WCBRクロック(RASN =“H”、CASN
“L”、及びWEN =“L”)の状態を含まないサイク
ルであれば、どのようなサイクルでも、テストモード解
除のための初期化サイクルなしで、ノーマル動作を保証
できる。
【0026】また、スイッチ手段であるNMOS75を
設けたので、スタートアップ信号STが立上るときのノ
ードN71の電位は、図4に示す従来回路のノードN4
1の電位よりも高くなり、次段のインバータ80の電流
値Iが大きくなって消費電力が増加する。そのため、本
実施例ではインバータ80をPMOS81,82及びN
MOS83,84で構成することにより、電流値Iの増
加を抑えている。さらに、クランプ手段をNMOS66
で構成すると共に、スイッチ手段をNMOS75で構成
しているので、トランジスタ形成面積を小さくできると
共に、NMOS75のスイッチング速度を速くすること
ができる。
【0027】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 (a) 中間電位発生手段60は、例えばNMOS66
を他のトランジスタを用いたクランプ手段で構成した
り、あるいは抵抗67を他の抵抗手段で構成する等し
て、他の回路構成に変更してもよい。 (b) 電荷引き抜き回路70は、他のトランジスタ構
成に変更してもよい。さらに、その電荷引き抜き回路7
0の動作を制御するNMOS75は、他のトランジスタ
を用いたスイッチ手段で構成してもよい。 (c) インバータ80を流れる電流値Iの増加を抑え
るため、直列接続のトランジスタの数を増加したり、あ
るいは抵抗手段等を付加する等して、他の回路構成に変
更してもよい。 (d) 上記実施例ではスタートアップ回路をDRAM
に適用した場合について説明したが、このスタートアッ
プ回路はDRAM以外の種々の半導体装置に適用でき
る。
【0028】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、中間電位発生手段を設け、この中間電位発生
手段の出力である中間電位によってスイッチ手段をオ
ン,オフ動作させ、電荷引き抜き回路の動作を制御して
スタートアップ信号の立上りを制御するようにしてい
る。そのため、電源投入後、電源電位が所定のレベルに
達するまで、中間電位発生手段の出力である中間電位が
例えば“L”レベルとなっているので、スイッチ手段が
オフ状態を保持して電荷引き抜き回路の動作を抑止す
る。よって、スタートアップ回路から出力されるスター
トアップ信号の立上り時刻を高精度に制御できる。
【0029】そのため、例えばスタートアップ信号の立
上り時の電源電位を2.4V以上にでき、電源投入後の
サイクルがWCBRクロックの状態を含まないサイクル
であれば、どのようなサイクルでも、初期化サイクルの
実行なしで、ノーマル動作を保証できる。しかも、スイ
ッチ手段を設けたことによるインバータを流れる電流値
の増加は、該インバータを構成する例えば直列接続のト
ランジスタの数を増加させる等すれば、簡単に抑制でき
る。
【0030】第2の発明では、電荷引き抜き回路を第
1,第2のPMOS及びNMOSの直列回路で構成した
ので、簡単な回路構成で、的確に電荷の引き抜きが行え
る。第3の発明では、中間電位発生手段を、複数のNM
OS、クランプ手段及び抵抗手段等で構成したので、比
較的簡単な回路構成で、“H”レベルの電位が精度良く
設定された中間電位を的確に発生できる。第4の発明で
は、スイッチ手段をNMOSで構成したので、小さなト
ランジスタ形成面積で、動作速度の速いスイッチ手段を
構成できる。第5の発明では、クランプ手段をMOSト
ランジスタで構成したので、少ない電流損失量で中間電
位の的確なクランプが行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すスタートアップ回路の回
路図である。
【図2】従来のDRAMにおけるWCBR初段回路の構
成ブロック図である。
【図3】図2の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】図2中のスタートアップ回路の回路図である。
【図5】図4の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】図1の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
60 中間電位発生手
段 61,62−1〜62−n,63 NMOS 64,65 キャパシタ 66 NMOS(クラ
ンプ手段) 67 抵抗(抵抗手
段) 70 電荷引き抜き回
路 71,72 PMOS 73 NMOS 75 NMOS(スイ
ッチ手段) 76 キャパシタ 80 インバータ 81,82 PMOS 83,84 NMOS
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−144230(JP,A) 特開 平2−153621(JP,A) 特開 平3−218064(JP,A) 実開 平1−167726(JP,U)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端がノードに他端が電源電位にそれぞ
    れ接続されたキャパシタと、前記ノードの電荷を引き抜
    いて電位を降下させる電荷引き抜き回路と、前記ノード
    の電位降下時にスタートアップ信号を立上げ、該スター
    トアップ信号を前記電源電位と共に上昇させて“H”レ
    ベルに安定化させるインバータとを、備えたスタートア
    ップ回路において、 前記電源電位が所定電位まで上昇すると所定の中間電位
    を発生する中間電位発生手段と、 前記電荷引き抜き回路と接地電位との間に接続され、前
    記中間電位によりオン状態となって前記電荷引き抜き回
    路を動作させるスイッチ手段とを、 設けたことを特徴とするスタートアップ回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のスタートアップ回路にお
    いて、 前記電荷引き抜き回路は、ゲートが接地電位にソース・
    ドレインが電源電位及び前記ノードにそれぞれ接続され
    た第1のPチャネル型MOSトランジスタと、ゲートが
    前記接地電位にソースが前記ノードにそれぞれ接続され
    た第2のPチャネル型MOSトランジスタと、ゲート及
    びドレインが前記第2のPチャネル型MOSトランジス
    タのドレインにソースが前記スイッチ手段にそれぞれ接
    続されたNチャネル型MOSトランジスタとで、構成し
    たことを特徴とするスタートアップ回路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のスタートアップ回路にお
    いて、 前記中間電位発生手段は、電源電位と接地電位間に直列
    接続された複数のNチャネル型MOSトランジスタと、
    前記複数のNチャネル型MOSトランジスタのいずれか
    のドレインに接続されたクランプ手段と、前記いずれか
    のドレインに接続され前記中間電位を出力する抵抗手段
    とを、備えたことを特徴とするスタートアップ回路。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のスタートアップ回路にお
    いて、 前記スイッチ手段は、Nチャネル型MOSトランジスタ
    で構成したことを特徴とするスタートアップ回路。
  5. 【請求項5】 請求項3記載のスタートアップ回路にお
    いて、 前記クランプ手段は、ゲートとドレインが共通接続され
    たMOSトランジスタで構成したことを特徴とするスタ
    ートアップ回路。
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