JP3588533B2 - 電圧監視回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧監視回路に係り、特に半導体メモリ装置において電源投入後の初期低電圧による内部回路の誤動作を防止するために、適正電圧レベル以上に電圧が上昇した状態で内部回路へ電源電圧が伝達されるようにするための制御信号を発生する電圧監視回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体回路では電源投入後、内部回路の全ての部位に電源電圧が適正電圧レベルまで達する過渡区間が存在する。従って、この区間の間は内部回路の誤動作を防止するために内部回路への電源電圧の印加を遮断する。
【0003】
図6を参照すると、従来の電圧監視回路は、外部電源電圧によって充電されて充電電圧を発生する充電手段10と、この充電手段10の充電電圧のレベルが所定のレベルに達すると、出力状態が反転する監視電圧検出手段20と、この監視電圧検出手段20の出力信号を反転させるインバータ30とから構成されている。
【0004】
図6において、外部電源電圧が投入(パワーオン)されると、充電手段10のPMOSトランジスタ12がターンオンされ、第1ノードN1に連結されたキャパシタ14への電荷蓄積が始まって充電される。キャパシタ14の充電電圧、即ち第1ノードN1の電圧レベルが監視電圧検出手段20、すなわちPMOSトランジスタ22及びNMOSトランジスタ24からなるインバータのトリップポイント(trip point)に達すると、第2ノードN2の電圧レベルが高レベルから低レベルに状態遷移し始める。このため、第2ノードN2に連結されているインバータ30の出力φVCCHは低レベルから高レベルに状態遷移する。
【0005】
即ち、インバータ30の出力が低レベルから高レベルに状態遷移する時点は、ダイオードとして動作するPMOSトランジスタ12の抵抗の大きさ、キャパシタ14の容量、及び2つのインバータ20,30のトリップポイントの調整で決定される。
【0006】
しかし、上述した従来の電圧監視回路では、パワーオン以降、第1ノードN1の電圧レベルが電源電圧レベルに上昇する際の傾きが緩やかな場合には、所望の電圧レベル時点より一層低い電圧レベルから出力φVCCHが状態遷移してしまうために、内部回路の誤動作を誘発する恐れがあるという短所をもっていた。
【0007】
また、インバータ30の出力状態遷移時点、即ち監視電圧検出レベルがインバータ20のNMOSトランジスタ24のしきい電圧Vtレベルに限定されるので、更に高い電圧レベルから出力状態遷移が起こるようにすることは不可能であった。
【0008】
図7の電圧監視回路は前述のような図6の電圧監視回路に比べて監視電圧検出レベルをさらに高めることができるように補完された回路の構成を示す。
【0009】
図7の回路の特徴は、監視電圧検出手段40におけるNMOSトランジスタ44のソースと接地との間に監視電圧調整手段50をさらに備えているところである。
【0010】
監視電圧調整手段50は、ゲートとドレインが連結されたNMOSトランジスタ52のダイオード構成でなされている。即ち、監視電圧調整手段50はNMOSトランジスタのしきい電圧Vtだけインバータのトリップポインタを上昇させるように働く。
【0011】
図8の従来の電圧監視回路は前記図7を応用したものであって、図7の回路と異なり、監視電圧レベルをnVtだけ高めるために、監視電圧検出手段60をn個のインバータ端から構成し、各インバータ端と接地との間には監視電圧調整手段70をそれぞれ連結している。監視電圧調整手段70はインバータ端の数が増加するほどに各インバータに連結されるダイオードの数が減少する。
【0012】
しかし、図8の電圧監視回路はパワーのオン/オフが繰り返された場合、インバータ端(62,64)(66,68)の第2ノードN2、第3ノードN3が完全に0Vに放電せず、1Vのしきい電圧Vtのレベルにまでしか落ちないので、後端のインバータが弱くターンオンされ、電源電圧から接地への直流電流経路が形成されるために電力を消耗する。これは半導体装置の低電力化に逆行してしまう。
【0013】
また、n個のしきい電圧Vtだけ第2ノードN2の状態遷移時点を上げるためにN−1個のインバータ端が追加されるので、設計上難しくなり、レイアウトの面積が増えることになる。特にダイオードは温度に敏感なので、温度変化と工程変化につれ出力状態遷移時点も影響を受けて回路の安定度が低下するという問題点も発生する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の技術の問題点を解決するためのもので、その目的は監視電圧検出レベルを適正レベルに調整することができ、且つ温度及び工程の変化に対して安定した回路特性を有する電圧監視回路を提供することにある。
【0015】
本発明の他の目的は、電力消耗の少ない電圧監視回路を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電圧監視回路は、外部電源電圧によって充電されて充電電圧を発生する充電手段と、前記充電手段の充電電圧のレベルが所定レベルに達すると出力状態が反転する監視電圧検出手段と、前記監視電圧検出手段の出力信号をラッチするラッチ手段と、前記充電手段の充電電圧が前記所定のレベルに達するまで前記ラッチ手段をリセットするリセット手段とを備えることを特徴とする。
【0017】
前記充電手段は、前記外部電源電圧と第1ノードとの間に連結された順方向ダイオード連結のPMOSトランジスタと、前記第1ノードと接地との間に連結されたキャパシタと、前記第1ノードと前記外部電源電圧との間に連結された逆方向ダイオード連結のPMOSトランジスタと、前記接地と前記第1ノードとの間に連結された逆方向ダイオード連結のNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする。
【0018】
前記監視電圧検出手段は、第2ノードと第3ノートとの間に連結され、前記充電手段の充電電圧に応じてスイッチングされるNMOSトランジスタと、前記第3ノードと接地との間に直列に連結された複数のダイオード連結のNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする。
【0019】
前記ラッチ手段は、前記外部電源電圧と前記監視電圧検出手段の出力との間に連結され、前記ラッチ手段の出力に応じてスイッチングされる第1PMOSトランジスタと、前記外部電源電圧と前記ラッチ手段の出力との間に連結され、前記監視電圧検出手段の出力に応じてスイッチングされる第2PMOSトランジスタとを備える。
【0020】
前記リセット手段は、前記充電手段の充電電圧のレベルがトリップポイントに達すると出力が反転するインバータと、前記ラッチ手段の出力と接地との間に連結され、前記前記インバータの出力に応じてスイッチングされるNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする。
【0021】
前記電圧監視回路は、ラッチ手段の出力をバッファリングして出力する出力バッファ手段をさらに備え、前記出力バッファ手段は、前記ラッチ手段の出力を反転させる第1インバータと、前記第1インバータの出力を反転させる第2インバータと、出力ノードと前記外部電源電圧との間に連結された逆方向ダイオード連結のPMOSトランジスタと、前記接地と前記出力ノードとの間に連結された逆方向ダイオード連結のNMOSトランジスタを備えることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて本発明による実施形態をさらに詳しく説明する。
【0023】
図1は本発明の第1実施形態に係る電圧監視回路の回路図を示す。
【0024】
電圧監視回路は充電手段110と、監視電圧検出手段120と、ラッチ手段130と、リセット手段140とを含んでいる。
【0025】
図1において、前記充電手段110は、外部電源電圧VCCと接地VSSとの間に連結された順方向ダイオード連結のPMOSトランジスタPM1と、第1ノードN1と接地VSSとの間に連結されたキャパシタCとから構成されている。
【0026】
PMOSトランジスタPM1は外部電源電圧と充電電圧との差がしきい電圧以下となればオフされる。
【0027】
前記監視電圧検出手段120は、第2ノードN2と第3ノードN3との間に連結され、前記充電手段110の充電電圧に応じてスイッチングされるNMOSトランジスタNM1と、第3ノードN3と接地VSSとの間に直列に連結された複数のダイオード連結のNMOSトランジスタNM2,NM3とを備えている。即ち、充電電圧がVgs(NM1)+2Vtになると、NMOSトランジスタNM1がターンオンされて第2ノードN2の電位がVCCから2Vtに落ちる。これにより、監視電圧はVgs(NM1)+2Vtに決定される。従って、監視電圧は直列連結されたダイオード連結のNMOSトランジスタの個数で調整することができる。
【0028】
前記ラッチ手段130は、外部電源電圧VCCと監視電圧検出手段120の出力との間に連結され、ラッチ手段130の出力φVCCHに応じてスイッチングされるPMOSトランジスタPM2と、外部電源電圧VCCとラッチ手段130の出力との間に連結され、監視電圧検出手段120の出力に応じてスイッチングされるPMOSトランジスタPM3とを備えている。したがって、例えばφVCCHがロー状態の場合にはPMOSトランジスタPM2がターンオンされて第2ノードN2の電位をVCCにすることになる。この際、PMOSトランジスタPM3は第2ノードN2がVCCに保持されるので、ターンオフ状態を保持する。このような状態で第2ノードN2の電位が上述したように監視電圧検出手段120によってVgs(NM1)+2Vtに落ちると、PMOSトランジスタPM3がターンオンされてφVCCHがハイ状態になるので、PMOSトランジスタPM2はターンオフされて第2ノードに電流供給が遮断される。よって、監視電圧検出手段120を通して直流電流パスが形成されないので電力消耗を防止することができる。
【0029】
前記リセット手段140は、充電手段110の充電電圧のレベルがトリップポイントに達すると出力が反転するインバータG1と、ラッチ手段130の出力と接地VSSとの間に連結され、インバータG1の出力に応じてスイッチングされるNMOSトランジスタNM4とを備えている。即ち、電源投入の初期に充電電圧がインバータG1のトリップポイントである1Vを超える前には第4ノードN4をVCCに保持してNMOSトランジスタNM4をターンオンさせてφVCCHをロー状態にすることにより、ラッチ手段130をリセットさせる。充電電圧がインバータG1のトリップポイント以上に増加すると、第4ノードN4をロー状態に保持してNMOSトランジスタNM4をターンオフさせることにより、Vgs(NM1)+2Vtの監視電圧になった時、監視電圧検出手段120の出力がラッチ手段130にラッチされるようにする。
【0030】
次に、図2は本発明の第2実施形態に係る電圧監視回路の回路図を示す。第2実施形態に係る電圧監視回路は、充電手段110のPMOSトランジスタPM1と第1ノードN1との間に、ゲートが第1ノードに連結されたPMOSトランジスタPM4をさらに備え、且つ第1ノードN1と前記外部電源電圧VCCとの間に連結された逆方向ダイオード連結のPMOSトランジスタPM5、及び前記接地VSSと前記第1ノードN1との間に連結された逆方向ダイオード連結のNMOSトランジスタNM5をさらに含んでいる。
【0031】
PMOSトランジスタPM5は第1ノードの電位がVCCよりしきい電圧だけ高くなった場合にVCCにバイパスさせる役割を果たし、NMOSトランジスタNM5は第1ノードの電位が接地VSSよりしきい電圧だけ低い電位に落ちた場合に接地VSSにバイパスさせる役割を果たすことにより、異常電圧から素子を保護する。
【0032】
また、前記インバータG1は外部電源電圧VCCと第4ノードN4との間に連結され、充電電圧に応じてスイッチングされるPMOSトランジスタPM6と、前記第4ノードと接地VSSとの間に直列に連結され、前記充電電圧に応じて同時にスイッチングされる複数のNMOSトランジスタNM6,NM7とから構成されている。このようなインバータG1の構成は1つのNMOSトランジスタから構成した場合に比べてインバータのトリップポイントを一層高めることができる。
【0033】
尚、第2実施形態に係る電圧監視回路ではラッチ手段130の出力をバッファリングして出力する出力バッファ手段150をさらに備えている。前記出力バッファ手段150は、ラッチ手段130の出力を反転させる第1インバータG2と、前記第1インバータG2の出力を反転させる第2インバータG3と、出力φVCCHと前記外部電源電圧VCCとの間に連結された逆方向ダイオード連結のPMOSトランジスタPM9と、接地VSSと出力φVCCHとの間に連結された逆方向ダイオード連結のNMOSトランジスタNM11とを含んでいる。ここで、PM9とNM11は上述したPM5及びNM5と同じ素子保護の役割を果たす。
【0034】
前記第1インバータG2はインバータG1と同様に、外部電源電圧VCCと第5ノードN5との間に連結され、前記ラッチ手段130の出力に応じてスイッチングされるPMOSトランジスタPM7と、第5ノードN5と接地VSSとの間に直列に連結され、前記ラッチ手段の出力に応じて同時にスイッチングされる複数のNMOSトランジスタNM8,NM9を含んでいる。第2インバータG3は通常のインバータ構成でPMOSトランジスタPM8とNMOSトランジスタNM10とから構成されている。
【0035】
以下、このように構成された本発明の作用・効果を説明する。
【0036】
図3は本発明の電圧監視回路の監視電圧設定による入力に対する出力特性を示す波形図である。
【0037】
図3において、電源電圧の上昇傾きを60μsにした時、本発明の電圧監視回路の監視電圧検出手段120の第3ノードN3にダイオードを連結しない場合には監視電圧が1.8V(図3の(A))、一つを連結した場合には監視電圧が3V(図3の(B))、2つを連結した場合には監視電圧が4.4V(図3の(C))であることをそれぞれ示している。
【0038】
図4及び図5は従来(A)と本発明(B)の電圧監視回路の工程及び温度による監視電圧の変動を示す。即ち、工程と温度の条件が最も劣悪な状態(図4)や或いは最適の状態(図5)において、従来の監視電圧の変動幅が大きいのに対して、本発明の監視電圧の変動幅は非常に小さいことが分かる。
【0039】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明ではインバータ端をn端に連結しなくても極めて簡単な回路構成によってnVtの監視電圧の調整が可能なので適正レベルの監視電圧を調整することができるのみならず、ダイオードの連結を各インバータ端ごとに順次に減少させながら構成する必要がなくなるために、相対的にそれほどダイオードの個数を増やすことがないので、温度及び工程変化による監視電圧の変動が抑制でき、回路の動作特性が安定する。
【0040】
尚、本発明ではスイッチング動作時にのみ電力が消耗され、その他には直流電流パスの遮断された状態に保持されるので、低電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る電圧監視回路の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係る電圧監視回路の構成を示す回路図である。
【図3】本発明の電圧監視回路の監視電圧設定による入力に対する出力特性を示す波形図である。
【図4】従来(A)及び本発明(B)の電圧監視回路の最も劣悪な条件における温度及び工程変数の変化による監視電圧の変動特性を示す波形図である。
【図5】従来(A)及び本発明(B)の電圧監視回路の最適条件における温度及び工程変数の変化による監視電圧の変動特性を示す波形図である。
【図6】従来の電圧監視回路の構成を示す回路図である。
【図7】従来の電圧監視回路の別の一例を示す回路図である。
【図8】従来の電圧監視回路のさらに別の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
10、110 充電手段
12、22、42、62、66、PM1、PM2、・・・、PM9 PMOSトランジスタ
14、C キャパシタ
20、120 監視電圧検出手段
24、44、52、64、68NM1、NM2、・・・、NM11 NMOSトランジスタ
30、G1、G2、G3 インバータ
130 ラッチ手段
140 リセット手段
150 出力バッファ手段
N1,N2,N3,N4,N5,N6 ノード
Claims (9)
- 外部電源電圧によって充電されて充電電圧を発生する充電手段と、
前記充電手段の充電電圧のレベルが所定レベルに達すると出力状態が反転する監視電圧検出手段と、
前記監視電圧検出手段の出力信号をラッチするラッチ手段と、
前記充電手段の充電電圧が前記所定のレベルに達するまで前記ラッチ手段をリセットするリセット手段とを備えることを特徴とする電圧監視回路。 - 前記充電手段は、
前記外部電源電圧と第1ノードとの間に連結された順方向ダイオード連結のPMOSトランジスタと、
前記第1ノードと接地との間に連結されたキャパシタと、
前記第1ノードと前記外部電源電圧との間に連結された逆方向ダイオード連結のPMOSトランジスタと、
前記接地と前記第1ノードとの間に連結された逆方向ダイオード連結のNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求項1記載の電圧監視回路。 - 前記監視電圧検出手段は、
第2ノードと第3ノードとの間に連結され、前記充電手段の充電電圧に応じてスイッチングされるNMOSトランジスタと、
前記第3ノードと接地との間に直列に連結された複数のダイオード連結のNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求項1記載の電圧監視回路。 - 前記ラッチ手段は、
前記外部電源電圧と前記監視電圧検出手段の出力との間に連結され、前記ラッチ手段の出力に応じてスイッチングされる第1PMOSトランジスタと、
前記外部電源電圧と前記ラッチ手段の出力との間に連結され、前記監視電圧検出手段の出力に応じてスイッチングされる第2PMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求項1記載の電圧監視回路。 - 前記リセット手段は、
前記充電手段の充電電圧のレベルがトリップポイントに達すると出力が反転するインバータと、
前記ラッチ手段の出力と接地との間に連結され、前記インバータの出力に応じてスイッチングされるNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求項1記載の電圧監視回路。 - 前記インバータは、
前記外部電源電圧と第4ノードとの間に連結され、前記充電電圧に応じてスイッチングされるPMOSトランジスタと、
前記第4ノードと接地との間に直列に連結され、前記充電電圧に応じて同時にスイッチングされる複数のNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求項5記載の電圧監視回路。 - 前記ラッチ手段の出力をバッファリングして出力する出力バッファ手段をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の電圧監視回路。
- 前記出力バッファ手段は、
前記ラッチ手段の出力を反転させる第1インバータと、
前記第1インバータの出力を反転させる第2インバータと、
出力ノードと前記外部電源電圧との間に連結された逆方向ダイオード連結のPMOSトランジスタと、
前記接地と前記出力ノードとの間に連結された逆方向ダイオード連結のNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求項7記載の電圧監視回路。 - 前記第1インバータは、
前記外部電源電圧と第5ノードとの間に連結され、前記ラッチ手段の出力に応じてスイッチングされるPMOSトランジスタと、
前記第5ノードと接地との間に直列に連結され、前記ラッチ手段の出力に応じて同時にスイッチングされる複数のNMOSトランジスタとを備えることを特徴とする請求項8記載の電圧監視回路。
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