JP3383151B2 - 半導体メモリ装置の電源電圧発生回路 - Google Patents

半導体メモリ装置の電源電圧発生回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ装置に
係り、特に、その内部電源電圧を発生する電源電圧発生
回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に半導体メモリ装置においては、外
部電源電圧(external Vcc:EVcc)と内部電源
電圧(Internal Vcc:IVcc)を使用する。通
常、内部電源電圧IVccは外部電源電圧EVccより
低い電圧レベルとされ、半導体メモリ装置の内部回路用
動作電源として供給される。
【0003】半導体メモリ装置には、通常の読出/書込
や特にDRAMでのリフレッシュ動作のようなメモリセ
ルアレイをアクセスするアクティブ状態と、その他の待
機状態がある。即ち、アクティブ状態では内部電源電圧
の消費が多くなるのに対し、待機状態では消費が少な
い。従って、現在の半導体メモリ装置では、アクティブ
用の電源電圧発生回路と待機用の電源電圧発生回路とを
それぞれ備えるのが一般的になっている。
【0004】図1に、待機用の内部電源電圧IVccを
発生する電源電圧発生回路を示す。PMOSトランジス
タ11が外部電源電圧EVccとノードN3との間に設
けられ、またPMOSトランジスタ12が外部電源電圧
EVccとノードN5との間に設けられている。そし
て、これら2つのPMOSトランジスタ11,12のゲ
ート電極はノードN5に共通に接続される。NMOSト
ランジスタ13はノードN3とノードN4との間に接続
され、そのゲート電極がノードN1へ接続されて基準電
圧Vrefを入力する。NMOSトランジスタ14はノ
ードN5とノードN4との間に接続され、そのゲート電
極がノードN2へ接続されて該ノードN2から出力され
る内部電源電圧IVccを入力する。電流制御ノードで
あるノードN4と接地電圧Vssとの間には、動作電流
路として2つ以上のNMOSトランジスタ21〜2Nが
直列接続されており、その各ゲート電極はノードN4に
共通接続される。PMOSトランジスタ15は出力手段
で、外部電源電圧EVccとノードN2との間に設けら
れてゲート電極がノードN3に接続されたドライバトラ
ンジスタである。
【0005】このような電源電圧発生回路は、基準電圧
Vrefを第1差動入力、出力される内部電源電圧IV
ccを帰還させて第2差動入力とする差動増幅回路の構
成を増幅手段として有している。この回路によれば、第
1差動入力となる基準電圧Vrefのレベルに従って内
部電源電圧IVccのレベルが設定される。そして、こ
の差動増幅回路をもつ電圧発生手段における動作電流
は、NMOSトランジスタ21〜2Nによって決定され
るようになっている。
【0006】この電源電圧発生回路では、ノードN2か
ら出力される実際の内部電源電圧IVccのレベルが基
準電圧Vrefによって設定されるレベルより相対的に
低くなる場合、NMOSトランジスタ13に対しNMO
Sトランジスタ14の導通程度が相対的に小さくなるの
でノードN5の電圧が上がり、従ってノードN3の電圧
が下がる。このノードN3の電圧降下によりPMOSト
ランジスタ15の導通程度がより大きくなるので、出力
ノードN2から発生される内部電源電圧IVccが上昇
し、基準電圧Vrefに匹敵するレベルへ調整される。
【0007】一方、ノードN2から出力される実際の内
部電源電圧IVccのレベルが基準電圧Vrefのレベ
ルによって設定されるレベルより相対的に高くなる場合
は、NMOSトランジスタ13に対しNMOSトランジ
スタ14の導通程度が相対的に大きくなるのでノードN
5の電圧が下がり、従ってノードN3の電圧が上がる。
そして、このノードN3の電圧上昇によりPMOSトラ
ンジスタ15の導通程度が小さくなってほぼ非導通化さ
れるまでになるので、外部電源電圧EVccによる電流
がほぼ遮断状態になり、出力ノードN2から出力される
内部電源電圧IVccは低下して基準電圧Vrefに匹
敵するレベルへ調整される。
【0008】このように、内部電源電圧IVccの設定
レベルになる基準電圧Vrefと実際に出力される内部
電源電圧IVccとの差に応じてNMOSトランジスタ
13,14の導通が可変調整されることにより、内部電
源電圧IVccが一定レベルに維持されるようにしてあ
る。このとき、ノードN4から接地電圧Vssへ直列接
続したNMOSトランジスタ21〜2Nが、内部電源電
圧IVccの出力に当たって一定のDC電流路を形成す
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のような電源電圧
発生回路は待機状態の電源供給を行うものであるが、ア
クティブ用の電源電圧発生回路がフル稼働する前に動作
することになる行アドレス関連バッファの回路へ、瞬間
的に必要十分な動作電源の内部電源電圧IVccを供給
する機能をもつ必要がある。従って、NMOSトランジ
スタ21〜2Nは安定動作を行えるに十分な電流路を形
成するようにされる。
【0010】しかしながら、例えばDRAMにあるセル
フリフレッシュモード(self refresh mode) において
は、該モード中の一部期間が実質的なリフレッシュ動作
を遂行するアクティブ状態となり、該モード中の行アド
レスストローブプリチャージ期間等は待機状態となるも
のであるが、この待機状態でもNMOSトランジスタ2
1〜2Nが常に一定の大きさの電流路を形成することに
なるため、不要な電力消費を行っているということにな
る。
【0011】そこで本発明の目的は、より消費電力を抑
えることの可能な待機用に適する電源電圧発生回路を提
供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的のため
には、電圧発生手段の動作電流路を複数備え、電源電圧
の消費電力量に応じ適宜選択して使用することが考えら
れる。特に、動作電流路として、電流量の少ない第1電
流路と電流量の多い第2電流路とを設けておいて、待機
状態で第1電流路を選択し、アクティブ状態で第2電流
路を選択して使用できるようになっていれば、不要なと
きには消費電力を極力抑えながら、必要時には十分な動
作電流を流せ、期待される機能をもたせることができ
る。
【0013】即ち本発明によれば、出力した電源電圧と
基準電圧とを差動増幅回路の差動入力としてその差に基
づき電源電圧を出力する半導体メモリ装置の電源電圧発
生回路において、前記差動増幅回路の動作電流路を複数
系統設けてその各抵抗値を変えておき、メモリ装置の動
作状態に応じて切換使用することを特徴とする。そして
この場合に、抵抗値を大きくして電流量を少なくした第
1電流路と、抵抗値を小さくして電流量を多くした第2
電流路と、の2系統の動作電流路を設け、待機状態で前
記第1電流路を選択し、アクティブ状態で前記第2電流
路を選択して使用することを特徴とする。
【0014】或いは、本発明によれば、第1電圧と電流
制御ノードとの間に設けられ、出力した電源電圧と基準
電圧とを入力として該2入力の電圧差に基づき電源電圧
を出力する電圧発生手段をもつ半導体メモリ装置の電源
電圧発生回路において、前記電流制御ノードと第2電圧
との間に、それぞれ異なる抵抗値とした抵抗素子を備え
てなる複数の電流制御手段を並列に設け、これら電流制
御手段を切換信号でスイッチして使用することにより、
メモリ装置の動作状態に応じて前記電圧発生手段を流れ
る電流量が調整されるようにすることを特徴とする。そ
してこの場合に、各ゲート電極を電流制御ノードに共通
接続した2つ以上の第1のMOSトランジスタを前記電
流制御ノードと第2電圧との間に直列接続してなり、該
第1のMOSトランジスタのチャネル抵抗を大きくして
流れる電流量を少なくした第1の電流制御手段と、ゲー
ト電極に切換信号を印加した第2のMOSトランジスタ
前記第1のMOSトランジスタのいずれかに並列とな
るように、前記直列接続した第1のMOSトランジスタ
間の接続ノードのいずれかと前記第2電圧との間に接続
してなり、該第2のMOSトランジスタのチャネル抵抗
を小さくして前記第1の電流制御手段よりも流れる電流
量を多くした第2の電流制御手段と、を複数の電流制御
手段として備えることを特徴とする。
【0015】このときの切換信号としては、DRAMで
あれば、セルフリフレッシュモードのリフレッシュ動作
期間及びノーマルモードで活性化し且つセルフリフレッ
シュモードの残りの期間で非活性化する信号とすること
ができる。また、第1電圧は外部電源電圧とし、第2電
圧は接地電圧とすることができる。
【0016】或いはまた、本発明によれば、基準電圧を
入力する第1ノードと、電源電圧を出力する第2ノード
と、これら第1ノード及び第2ノードの各電圧を入力し
その差を増幅して第3ノードから出力する、第1電圧と
第4ノードとの間に設けられた増幅手段と、前記第4ノ
ードと第2電圧との間に設けられ、制御端子が前記第4
ノードに接続されて該第4ノードの電圧により前記増幅
手段の第1電流路を形成する第1の電流制御手段と、前
記第4ノードと前記第2電圧との間に設けられ、制御端
子に切換信号を受けて該切換信号の活性化により前記増
幅手段の第2電流通路を形成する第2の電流制御手段
と、前記第1電圧と前記第2ノードとの間に設けられ、
制御端子が前記第3ノードに接続されて制御されること
により電源電圧を出力する出力手段と、から構成され、
前記切換信号の状態により前記増幅手段の電流量を制御
できるようになっていることを特徴とする半導体メモリ
装置の電源電圧発生回路が提供される。この場合の第1
の電流制御手段は、第4ノードと第2電圧との間に直列
に設けられ、制御端子が前記第4ノードに接続されて該
第4ノードの電圧により前記増幅手段の第1電流路を形
成する2つ以上の第1のMOSトランジスタからなり、
該第1電流路の電流量が少なくなるようにチャネル抵抗
を大きくしたものとし、第2の電流制御手段は、前記第
1のMOSトランジスタのいずれかに並列となるよう
に、前記直列接続した第1のMOSトランジスタ間の接
続ノードのいずれかと前記第2電圧との間に設けられ、
制御端子に切換信号を受けて該切換信号の活性化により
前記増幅手段の第2電流通路を形成する第2のMOSト
ランジスタからなり、該第2電流路の電流量が前記第1
電流路よりも多くなるようにチャネル抵抗を小さくした
ものとする。また、切換信号は、セルフリフレッシュモ
ードのリフレッシュ動作期間及びノーマルモードで活性
化し且つセルフリフレッシュモードの残りの期間で非活
性化する信号とすることができ、第1電圧は外部電源電
圧、記第2電圧は接地電圧を用いることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して詳細に説明する。図中の共通構成要素には
同じ符号を付して説明する。
【0018】図2に、本発明による電源電圧発生回路の
構成例を示す。PMOSトランジスタ11が外部電源電
圧EVccとノードN3との間に設けられ、PMOSト
ランジスタ12が外部電源電圧EVccとノードN5と
の間に設けられている。そして、これら2つのPMOS
トランジスタ11,12のゲート電極はノードN5へ共
通に接続される。NMOSトランジスタ13はノードN
3とノードN4との間に接続され、そのゲート電極はノ
ードN1へ接続されて基準電圧Vrefを入力する。N
MOSトランジスタ14はノードN5とノードN4との
間に接続され、そのゲート電極はノードN2と接続され
てノードN2から出力される内部電源電圧IVccを帰
還入力する。PMOSトランジスタ15は、外部電源電
圧EVccとノードN2との間に設けられ、ゲート電極
がノードN3に接続される。これらにより電圧発生手段
が構成されるのは従来と同様である。
【0019】電流制御ノードであるノードN4とノード
N6との間には1つ以上のNMOSトランジスタ21〜
2Nが直列接続されており、そのゲート電極をノードN
4へ共通接続してある。また、ノードN6から接地電圧
Vssへかけては抵抗素子としてNMOSトランジスタ
2N1〜2Mが設けられており、そのゲート電極をノー
ドN4へ共通に接続するようにして、このNMOSトラ
ンジスタ2N1〜2Mからなる第1の電流制御手段によ
り第1電流路iC1を形成可能にしてある。更にノード
N6と接地電圧Vssとの間には、切換信号φCTLを
ゲート電極に受けるNMOSトランジスタ31が別の抵
抗素子として並列に設けてあり、このNMOSトランジ
スタ31からなる第2の電流制御手段のスイッチで第2
電流路iC2が形成されるようにしている。
【0020】NMOSトランジスタ31を制御する切換
信号φCTLは、NANDゲート34でセルフリフレッ
シュマスタ信号φSRASとセルフリフレッシュのセッ
トアップパルス信号バーSRSPを否定積することによ
り発生される。このセルフリフレッシュマスタ信号φS
RASは、CBRのタイミングでリフレッシュモードが
セットアップされた後に遅延されて(約100μs)論
理“ハイ”に活性化される信号である。また、セットア
ップパルス信号バーSRSPは、セルフリフレッシュモ
ードにおいてリフレッシュ動作を実際に遂行するときに
発生する信号である。NANDゲート34の出力は、イ
ンバータ32,33を経て駆動されNMOSトランジス
タ31のゲート電極へ伝達される。
【0021】この例の電源電圧発生回路は、従来同様
に、内部電源電圧IVccのレベルを設定する基準電圧
Vrefを第1差動入力として第2差動入力の内部電源
電圧IVccと比較する差動増幅回路の構成を有する。
つまり、基準電圧Vrefが、所望の内部電源電圧IV
ccのレベルを設定する役割をもっている。この差動増
幅回路をもつ電圧発生手段のDC電流は、NMOSトラ
ンジスタ21〜2N及びNMOSトランジスタ2N1〜
2Mによって形成される第1電流路iC1、又は、NM
OSトランジスタ21〜2N及びNMOSトランジスタ
31によって形成される第2電流路iC2に従って決定
される。
【0022】本例の場合、NMOSトランジスタ2N1
〜2Mはチャネル長を大きく設計することでそのチャネ
ル抵抗を大きくし、一方、NMOSトランジスタ31の
チャネルサイズは正常設計としてそのチャネル抵抗を小
さくする。これにより、差動増幅回路の動作を素早くし
て内部電源電圧IVccの電圧降下を迅速に回復する必
要のあるときにはNMOSトランジスタ31のオンで第
2電流路iC2を形成する一方、その他の消費電流を抑
えるべきときにはNMOSトランジスタ31のオフでN
MOSトランジスタ2N1〜2Mによる第1電流路iC
1を形成するようにして、場合に応じ、必要十分な内部
電源電圧IVccを提供したり、消費電力を抑制したり
する動作が可能になっている。
【0023】このような第1電流路iC1と第2電流路
iC2の切換について、図3の動作特性を示す信号波形
図を参照して説明する。まず、行アドレスストローブ信
号バーRASより前に列アドレスストローブ信号バーC
ASを活性入力するCBRタイミングとされてこれが所
定の時間(100μs)以上維持されると、セルフリフ
レッシュマスタ信号φSRASが論理“ハイ”へ遷移す
る。また、このリフレッシュモードにおいてセットアッ
プパルス信号バーSRSPは、一定時間ごとのリフレッ
シュ動作を遂行する期間で論理“ロウ”へ遷移する。そ
して、これら信号を否定積するNANDゲート34及び
インバータ33,32により、セットアップパルス信号
バーSRSPの論理“ロウ”に応じて切換信号φCLT
が論理“ハイ”で発生される。即ち、切換信号φCTL
は、セルフリフレッシュモード中のリフレッシュ動作を
遂行するアクティブ状態で論理“ハイ”となり、それ以
外のプリチャージ時等の待機状態では論理“ロウ”とな
る制御信号である。
【0024】このような切換信号φCTLがNMOSト
ランジスタ31のゲート電極に印加される結果、待機状
態を示す切換信号φCTLの論理“ロウ”ではNMOS
トランジスタ31がオフして第2電流路iC2が遮断さ
れるので、このときにはNMOSトランジスタ21〜2
N及びNMOSトランジスタ2N1〜2Mを介する第1
電流路iC1が形成される。NMOSトランジスタ2N
1〜2Mはチャネル抵抗が大きいので、この第1電流路
iC1を通じて流れる電流は微弱であり、従って待機状
態における必要以上の電力消費が抑制される。
【0025】一方、アクティブ状態を示す切換信号φC
TLの論理“ハイ”では、NMOSトランジスタ31の
オンによりNMOSトランジスタ21〜2N及びNMO
Sトランジスタ31を介する第2電流路iC2が形成さ
れる。NMOSトランジスタ31のチャネル抵抗は第1
電流路iC1のNMOSトランジスタ2N1〜2Mに比
べて格段に小さいので、第2電流路iC2を介しては、
より多量の電流を流すことが可能である。従って、セル
フリフレッシュモードにおけるリフレッシュ動作開始で
電力消費量が一気に増え、出力ノードN2の内部電源電
圧IVccが降下しても、このときには第2電流路iC
2の形成による差動増幅回路の動作電流増加により、N
MOSトランジスタ13,14による比較動作の迅速化
が図られて内部電源電圧IVccが素早く補充され、安
定出力を得られる。
【0026】尚、切換信号φCTLは、セルフリフレッ
シュマスタ信号φSRASが論理“ロウ”入力のときに
は論理“ハイ”となるので、本例の場合、ノーマルモー
ドでも活性化する信号である。切換信号φCTLに対し
ては、この他にも各種動作状態を示す信号による適切な
制御をかけておくことで、必要に応じて適宜論理“ハ
イ”/“ロウ”を設定することが可能である。
【0027】また、この実施形態のようなセルフリフレ
ッシュモードに限られずとも、内部電源その他の電源電
圧を発生する電源電圧発生回路について、動作状態に応
じて発生電圧の消費量が異なる場合に適宜適用すること
ができるのは、勿論のことである。
【0028】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明の電源電圧
発生回路によれば、動作状態に応じて切換可能な複数の
電流路を設けるようにし、モード特性による電力消費量
の違いに対応した最適の電流路を選択使用することがで
きるようにしたので、従来よりいっそうの低電力化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電源電圧発生回路の回路図。
【図2】本発明による電源電圧発生回路の実施形態を示
す回路図。
【図3】図2の電源電圧発生回路の動作タイミングを示
す信号波形図。
【符号の説明】
2N1〜2M 第1の電流制御手段(NMOSトランジ
スタ) 31 第2の電流制御手段(NMOSトランジスタ) iC1 第1電流路 iC2 第2電流路 φCTL 切換信号 φSRAS セルフリフレッシュマスタ信号 バーSRSP セットアップパルス信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−84357(JP,A) 特開 平1−136361(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1電圧と電流制御ノードとの間に設け
    られ、出力した電源電圧と基準電圧とを入力として該2
    入力の電圧差に基づき電源電圧を出力する電圧発生手段
    をもつ半導体メモリ装置の電源電圧発生回路において、 各ゲート電極を前記電流制御ノードに共通接続した2つ
    以上の第1のMOSトランジスタを前記電流制御ノード
    と第2電圧との間に直列接続してなり、該第1のMOS
    トランジスタのチャネル抵抗を大きくして流れる電流量
    を少なくした第1の電流制御手段と、ゲート電極に切換
    信号を印加した第2のMOSトランジスタを前記第1の
    MOSトランジスタのいずれかに並列となるように、前
    記直列接続した第1のMOSトランジスタ間の接続ノー
    ドのいずれかと前記第2電圧との間に接続してなり、
    第2のMOSトランジスタのチャネル抵抗を小さくして
    前記第1の電流制御手段よりも流れる電流量を多くした
    第2の電流制御手段と、を複数の電流制御手段として少
    なくとも備え、これら電流制御手段を前記切換信号でス
    イッチして使用することにより、メモリ装置の動作状態
    に応じて前記電圧発生手段を流れる電流量が調整される
    ようになっていることを特徴とする電源電圧発生回路。
  2. 【請求項2】 切換信号が、セルフリフレッシュモード
    のリフレッシュ動作期間及びノーマルモードで活性化し
    且つセルフリフレッシュモードの残りの期間で非活性化
    する信号である請求項1記載の電源電圧発生回路。
  3. 【請求項3】 第1電圧が外部電源電圧で、第2電圧が
    接地電圧である請求項1記載の電源電圧発生回路。
  4. 【請求項4】 基準電圧を入力する第1ノードと、電源
    電圧を出力する第2ノードと、これら第1ノード及び第
    2ノードの各電圧を入力しその差を増幅して第3ノード
    から出力する、第1電圧と第4ノードとの間に設けられ
    た増幅手段と、前記第4ノードと第2電圧との間に直列
    に設けられ、制御端子が前記第4ノードに接続されて該
    第4ノードの電圧により前記増幅手段の第1電流路を形
    成する2つ以上の第1のMOSトランジスタからなり、
    該第1電流路の電流量が少なくなるようにチャネル抵抗
    を大きくした第1の電流制御手段と、前記第1のMOS
    トランジスタのいずれかに並列となるように、前記直列
    接続した第1のMOSト ランジスタ間の接続ノードのい
    ずれかと前記第2電圧との間に設けられ、制御端子に切
    換信号を受けて該切換信号の活性化により前記増幅手段
    の第2電流通路を形成する第2のMOSトランジスタか
    らなり、該第2電流路の電流量が前記第1電流路よりも
    多くなるようにチャネル抵抗を小さくした第2の電流制
    御手段と、前記第1電圧と前記第2ノードとの間に設け
    られ、制御端子が前記第3ノードに接続されて制御され
    ることにより電源電圧を出力する出力手段と、から構成
    され、前記切換信号の状態により前記増幅手段の電流量
    を制御できるようになっていることを特徴とする半導体
    メモリ装置の電源電圧発生回路。
  5. 【請求項5】 切換信号が、セルフリフレッシュモード
    のリフレッシュ動作期間及びノーマルモードで活性化し
    且つセルフリフレッシュモードの残りの期間で非活性化
    する信号である請求項4記載の電源電圧発生回路。
  6. 【請求項6】 第1電圧が外部電源電圧で、第2電圧が
    接地電圧である請求項5記載の電源電圧発生回路。
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