JP3826273B2 - 半導体装置の内部電源電圧発生回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の内部電源電圧発生回路に関し、特に、CMOSインバータを備えた半導体メモリ装置で内部電源電圧を低消費電力で安定的に発生させる回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、従来の内部電源電圧発生回路図である。図1に示したように、従来の内部電源電圧発生回路は基準電圧Vref及び内部電圧Vintを比較する比較部11と、比較部11の出力信号により外部電圧Vextを内部電圧Vintに供給する第1電流供給部12と、比較部11の出力信号をバッファリングして出力するバッファ部13と、バッファ部13の出力信号により外部電圧Vextを内部電圧Vintに供給する第2電流供給部14と、内部電圧Vintと接地電圧Vssの間に接続された負荷回路部15で構成される。
【0003】
ここで、第1電流供給部12及び第2電流供給部14はPMOSトランジスタで構成され、バッファ部13は直列連結された2個のインバータ回路で構成される。そして、比較部11は基準電圧Vrefと内部電圧Vintを比較増幅するカレントミラー型構造の差動増幅器で構成される。比較部11は、基準電圧Vrefを非反転(+)信号として入力し、内部電圧Vintを反転(−)信号として入力し、この二つの電圧のレベルを比較した信号をノード(Nd2)に出力する。第1電流供給部12は、比較部11の出力信号により負荷回路部15に電流を供給することにより、内部電圧Vintが目標値に到達するようにする。第2電流供給部14は、バッファ部13の出力信号により負荷回路部15に電流を供給して内部電圧Vintが目標値に到達するようにする。
【0004】
上記の構成を有する従来の内部電源電圧発生回路の動作に対して説明する。先ず、内部電圧Vintが基準電圧Vrefより小さい場合、比較部11の出力ノード(Nd2)は‘ロー’レベルになり、第1電流供給部12のPMOSトランジスタP1をターンオンさせて負荷回路部15に電流を供給する。さらに、比較部11の出力ノード(Nd2)の信号‘ロー’はバッファ部13を介してバッファリングされ、第2電流供給部14のPMOSトランジスタP2をターンオンさせて負荷回路部15に電流を供給する。
【0005】
もしも、内部電圧Vintが基準電圧Vrefより大きい場合は、比較部11の出力ノード(Nd2)は‘ハイ’レベルになり、第1電流供給部12のPMOSトランジスタP1をターンオフさせ、さらに、出力ノード(Nd2)の信号‘ハイ’はバッファ部13を介して第2電流供給部14のPMOSトランジスタP2をターンオフさせ、負荷回路部15に電流が供給されることを遮断する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成を有する従来の内部電源電圧発生回路において、基準電圧Vrefと内部電圧Vintを比較する比較部11の出力信号がデジタル信号でなくアナログ信号であるため、アクティブ動作時にインバータ回路でなるバッファ部13で多数の電流経路を形成させて電流消耗を増加させることになるという問題点があった。
【0007】
さらに、比較部11の出力ノード(Nd2)の信号が不安定なレベルを有するとき、バッファ部13のインバータ回路が誤動作し得るという問題点があった。ここで、アクティブ動作時とは、例えば、半導体メモリ装置の場合、メモリ読出し又は書込みのように速やかな応答速度が求められる動作モードを言い、通常動作時とは、半導体メモリ装置においてはスタンバイ状態のようにメモリがターンオンされてはいるが、積極的にメモリが用いられない場合の動作モードを言う。
【0008】
そこで本発明は、上記従来の半導体装置の内部電源電圧発生回路における問題点を解決するためになされたもので、比較部の出力信号をバッファリングし、第2電流供給部の動作を制御するインバータ回路で構成されたバッファ部の動作を、アクティブ動作においては一定のパルス区間の間にのみ動作させ、アクティブ動作でない他の動作においては定電圧源を利用して動作させることにより、消費電力を減少させて応答特性を向上させ、さらに安定的に動作されるようにした半導体装置の内部電源電圧発生回路を提供することを目的している。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた、本発明による半導体装置の内部電源電圧発生回路は、半導体装置の内部電源電圧発生回路において、基準電圧と内部電圧を比較する比較部と、入力端がCMOSインバータで構成され、前記比較部の出力信号をバッファリングするバッファ部と、前記半導体装置の通常(regular)動作時には、前記バッファ部のCMOSインバータを経由して流れる電流量を所定値以内に制御し、前記半導体装置のアクティブ(active)動作時には、一定期間のあいだ前記バッファ部のCMOSインバータを経由して流れる電流量を前記所定値以上に制御するバッファ制御部と、前記バッファ部の出力信号に従い電流を供給する第2電流供給部と、前記第2電流供給部からの電流供給により内部電圧を発生させる負荷部を備えることを特徴とする。
【0010】
また、上記目的を達成するためになされた、本発明による半導体装置の内部電源電圧発生回路は、半導体装置の内部電源電圧発生回路において、基準電圧と内部電圧を比較する比較部と、前記比較部の出力信号により外部電圧を前記内部電圧に供給する第1電流供給部と、前記比較部の出力信号をバッファリングして出力するバッファ部と、アクティブ動作時に一定時間のあいだ前記バッファ部の電流駆動力を高めるパルス発生部と、アクティブ動作以外の動作時に前記バッファ部に定電圧源が供給される電圧源を変圧するゲートバイアス部と、前記バッファ部の出力信号により前記外部電圧を前記内部電圧に供給する第2電流供給部と、前記内部電圧と接地電圧の間に接続され、前記内部電圧を消費する負荷回路部とを含んでなることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による半導体装置の内部電源電圧発生回路の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面で、同一機能を有するものは同一符号を用いてその反復的な説明は省略する。
【0012】
図2は、本発明による内部電源電圧発生回路の回路図である。図2に示したように、本発明の内部電源電圧発生回路は、基準電圧Vrefと内部電圧Vintを比較する比較部11と、比較部11の出力信号により外部電圧Vextを内部電圧Vintに供給する第1電流供給部P1と、比較部11の出力信号をバッファリングして出力するバッファ部23と、アクティブ動作時に一定時間のあいだバッファ部23の電流駆動力を高めるパルス発生部40と、アクティブ動作以外の動作時にバッファ部23に定電圧源が供給される、電圧源を変圧するゲートバイアス部30と、バッファ部23の出力信号により外部電圧を内部電圧に供給する第2電流供給部P2と、内部電圧と接地電圧の間に接続されて内部電圧を消費する負荷回路部15で構成される。パルス発生部40とゲートバイアス部(又は定電圧発生手段)30は、バッファ制御部を構成する。
【0013】
第1電流供給部P1及び第2電流供給部P2は、電流供給部の役割を果たすPMOSと負荷回路により構成される。
【0014】
バッファ部23は、比較部11の出力信号Nd12によりノードNd15の電圧をノードNd16に伝送するPMOSトランジスタP7と、比較部11の出力信号Nd12によりノードNd16の信号をノードNd17に放電させるNMOSトランジスタN3と、ゲートバイアス部30の出力信号Nd14により外部電圧をノードNd15に一定に供給するPMOSトランジスタP5と、パルス発生部40の出力信号Nd20により外部電圧をノードNd15に供給するPMOSトランジスタP6と、ゲートバイアス部30の出力信号Nd13によりノードNd17の信号を接地電圧Vssに放電させるNMOSトランジスタN4と、パルス発生部40の出力信号Nd19によりノードNd17の信号を接地電圧に放電させるNMOSトランジスタN5で構成された第1インバータ部、及びノードNd16の信号により外部電圧をノードNd21に出力するPMOSトランジスタP8と、ノードNd16の信号によりノードNd21の信号を接地電圧に放電させるNMOSトランジスタN6(第4NMOS)で構成された第2インバータ部からなる。
【0015】
ゲートバイアス部30は、外部電圧とバッファ部23のNMOSトランジスタN4のゲートに連結されたノードNd13の間にダイオード構造に接続されたPMOSトランジスタP3と、ノードNd13の電圧によりノードNd13の電圧を接地電圧に放電させるNMOSトランジスタN1と、PMOSトランジスタP5のゲートに連結されたノードNd14により外部電圧をノードNd14に伝送するPMOSトランジスタP4と、ノードNd14の電圧によりノードNd14の電圧を接地電圧に放電させるNMOSトランジスタN2で構成される。
【0016】
パルス発生部40は、アクティブ動作信号(S)とアクティブ動作信号のディレイ信号を入力して一定区間パルス信号を発生するNANDゲートND1と、NANDゲートND1の出力信号を反転させてバッファ部23のNMOSトランジスタN5のゲートに連結されたノードNd19に出力する第3インバータIN1と、ノードNd19の信号を反転させてバッファ部23のPMOSトランジスタ(P6)のゲートに連結されたノードNd20に出力する第4インバータIN2で構成される。
【0017】
次に、上記に示した本発明の内部電源電圧発生回路の動作について説明する。先ず、内部電圧Vintが基準電圧Vrefより小さい場合、比較部11の出力信号Nd12はアナログ‘ロー’レベルになり、アクティブ以外の動作において第1電流供給部P1をターンオンさせて負荷回路部15に電流を供給する。さらに、アクティブ動作時にはアクティブ動作信号(S)が‘ハイ’レベルになり、ディレイ回路でなるパルス発生部40の出力ノードNd19、Nd20に一定区間‘ハイ’レベルを有するパルス信号を発生させる。従って、出力ノードNd19、Nd20の信号によりバッファ部23のPMOSトランジスタP6及びNMOSトランジスタN5を駆動させてインバータの駆動能力を向上させる。
【0018】
比較部11の出力ノードNd12が‘ロー’であるため、インバータP7、N3の出力ノードNd16は‘ハイ’にフルスイング(full swing)され、インバータP8、N6によりノードNd21は‘ロー’にフルスイングされる。ノードNd21の信号‘ロー’により第2電流供給部P2が駆動して負荷回路部15に電流を供給する。このとき、バッファ部23のPMOSトランジスタP5及びNMOSトランジスタN4は、アクティブ以外の動作において消費電力を減少させるためPMOSトランジスタP6及びNMOSトランジスタN5よりゲートの長さ(Length)の長いトランジスタで構成される。
【0019】
アクティブ動作時には応答特性を向上させるため、PMOSトランジスタP6及びNMOSトランジスタN5はパルス発生部40の出力信号Nd19、Nd20により動作が制御される。さらに、ゲートバイアス部30の出力信号を利用して外部電圧と係りなく一定の定電圧源がバッファ部23に供給されるようにした。もしも、内部電圧Vintが基準電圧Vrefより大きい場合、比較部11の出力信号Nd12はアナログ‘ハイ’レベルになる。アクティブ以外の動作においては第1電流供給部P1をターンオフさせて負荷回路部15への電流供給を遮断する。さらに、アクティブ動作時にはアクティブ動作信号(S)が‘ハイ’になれば、ディレイ回路42でなるパルス発生部40の出力信号Nd19、Nd20が発生してもノードNd21は‘ハイ’にフルスイングされるため、第2電流供給部P2をターンオフさせて負荷回路部15への電流供給を遮断する。
【0020】
以上、主に半導体メモリ装置に本発明が適用された場合について説明したが、内部電源電圧の発生が必要な如何なる種類の半導体装置に対しても本発明は容易に適用できる。このような場合、アクティブ動作の具体的な内容は変るはずである。
【0021】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【0022】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の半導体装置の内部電源電圧発生回路は、比較部の出力信号をバッファリングして第2電流供給部の動作を制御するインバータ回路で構成されたバッファ部の動作を、アクティブ動作においては一定のパルス区間の間にのみ動作させ、アクティブ動作でない他の動作においては定電圧源を利用して動作させることにより、多過ぎる電流経路による消費電力を減少させて応答特性を向上させることができ、さらに、バッファ部の誤動作を防ぎ安定的に内部電源電圧を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の内部電源電圧発生回路の回路構成図である。
【図2】本発明の内部電源電圧発生回路の回路構成図である。
【符号の説明】
11 比較部
P1 第1電流供給部
23 バッファ部
P2 第2電流供給部
15 負荷回路部
30 ゲートバイアス部
40 パルス発生部
42 ディレイ回路部
Claims (6)
- 半導体装置の内部電源電圧発生回路において、
基準電圧と内部電圧を比較する比較部と、
入力端がCMOSインバータで構成され、前記比較部の出力信号をバッファリングするバッファ部と、
前記半導体装置の通常(regular)動作時には、前記バッファ部のCMOSインバータを経由して流れる電流量を所定値以内に制御し、前記半導体装置のアクティブ(active)動作時には、一定期間のあいだ前記バッファ部のCMOSインバータを経由して流れる電流量を前記所定値以上に制御するバッファ制御部と、
前記バッファ部の出力信号に従い電流を供給する第2電流供給部と、
前記第2電流供給部からの電流供給により内部電圧を発生させる負荷部を備えることを特徴とする半導体装置の内部電源電圧発生回路。 - 前記比較部の出力信号に従い前記負荷部に電流を供給する第1電流供給部をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の内部電源電圧発生回路。
- 前記バッファ部のCMOSインバータは、共通ゲートに前記比較器の出力信号が提供され、共通ドレインから出力が得られるPMOSとNMOSで構成されており、
前記CMOSインバータを構成するPMOSのソースには第1及び第2PMOSが連結され、前記CMOSインバータを構成するNMOSのソースには第1及び第2NMOSが連結され、
前記バッファ制御部は、前記半導体装置の通常動作時に前記第1PMOS及び第1NMOSのゲートに定電圧を提供する定電圧発生手段と、前記半導体装置のアクティブ動作時に前記第2PMOS及び第2NMOSのゲートに一定幅のパルス信号を供給するパルス発生手段とを含んでいることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の内部電源電圧発生回路。 - 前記第1PMOSは、前記第2PMOSに比べゲートの長さが長く、前記第1NMOSは、前記第2NMOSに比べゲートの長さが長いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の内部電源電圧発生回路。
- 前記半導体装置は、半導体メモリ装置であり、前記通常動作は前記半導体メモリ装置がターンオンされている場合を、前記アクティブ動作は前記半導体メモリ装置で読出し又は書込み動作が行われる場合であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の内部電源電圧発生回路。
- 半導体装置の内部電源電圧発生回路において、
基準電圧と内部電圧を比較する比較部と、
前記比較部の出力信号により外部電圧を前記内部電圧に供給する第1電流供給部と、
前記比較部の出力信号をバッファリングして出力するバッファ部と、
アクティブ動作時に一定時間のあいだ前記バッファ部の電流駆動力を高めるパルス発生部と、
アクティブ動作以外の動作時に前記バッファ部に定電圧源が供給される、電圧源を変圧するゲートバイアス部と、
前記バッファ部の出力信号により前記外部電圧を前記内部電圧に供給する第2電流供給部と、
前記内部電圧と接地電圧の間に接続され、前記内部電圧を消費する負荷回路部とを含んでなることを特徴とする半導体装置の内部電源電圧発生回路。
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