JP3860179B2 - Semiconductor device and voltage monitoring method for internal power supply line - Google Patents
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Description
この発明は半導体装置に関し、特に内部降圧回路を内蔵する半導体装置および内部電源線の電位モニタ方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an internal voltage down converter and a potential monitoring method for an internal power supply line.
近年、信頼性を向上するためにトランジスタのゲート酸化膜に印加される電界を緩和すること、消費電流を低減すること等を目的として、外部電源電圧を所定の内部電源電圧に降圧して内部回路に供給する内部降圧回路が開発されている。 In recent years, the internal power supply voltage is stepped down to a predetermined internal power supply voltage for the purpose of relaxing the electric field applied to the gate oxide film of the transistor and reducing the current consumption in order to improve the reliability. An internal step-down circuit that supplies power is being developed.
(1) 第1の従来技術(図35〜図39)
図35は、内部降圧回路を内蔵した従来のMOS・DRAM(Dynamic Random Access Memory)を示すブロック図である。このDRAMは、SSDM86講演番号B−6−4,“On−Chip Supply Voltage Conversion System and Its Application to a 4Mb DRAM”に開示されている。
(1) First prior art (FIGS. 35-39)
FIG. 35 is a block diagram showing a conventional MOS-DRAM (Dynamic Random Access Memory) incorporating an internal step-down circuit. This DRAM is disclosed in SSDM86 lecture number B-6-4, “On-Chip Supply Voltage Conversion System and Its Application to a 4Mb DRAM”.
図35の半導体装置CHは、内部降圧回路1a,1b、DRAM3、周辺回路4および出力バッファ5からなる。この半導体装置CHは、外部電源電圧Vccを受ける電源端子P1および接地電位Vssを受ける接地端子P2を有している。内部降圧回路1aは、外部電源電圧Vccを内部電源電圧IVcc1に降圧し、それを周辺回路4に供給する。周辺回路4は、アドレスバッファ、データ入力バッファ、制御回路等を含む。内部降圧回路1bは、外部電源電圧Vccを内部電源電圧IVcc2に降圧し、それをDRAM3に供給する。DRAM3は、メモリアレイMAおよびCMOSセンスアンプSAを含む。出力バッファ5は外部電源電圧Vccにより駆動される。
The semiconductor device CH of FIG. 35 includes internal step-down circuits 1a and 1b, a
メモリアレイMAは、複数のワード線、ワード線に交差する複数のビット線、ビット線とワード線との交点に設けられた複数のメモリセル、複数のワード線のいずれかを選択するロウデコーダおよび複数のビット線のいずれかを選択するコラムデコーダを含む。また、CMOSセンスアンプは、複数のビット線に読出されたデータを増幅する複数のセンスアンプを含む。 The memory array MA includes a plurality of word lines, a plurality of bit lines crossing the word lines, a plurality of memory cells provided at intersections of the bit lines and the word lines, a row decoder for selecting any of the plurality of word lines, and A column decoder for selecting one of the plurality of bit lines is included. The CMOS sense amplifier includes a plurality of sense amplifiers that amplify data read out to the plurality of bit lines.
内部降圧回路1aは、制御信号φ1により制御され内部降圧回路1bは制御信号φ2により制御される。 Internal voltage down converting circuit 1a is controlled by control signal φ1, and internal voltage down converting circuit 1b is controlled by control signal φ2.
図36に、内部降圧回路1a,1bの構成を示す。内部降圧回路は、基準電圧発生回路10、差動増幅回路20およびドライバ回路30を含む。基準電圧発生回路10は、外部電源電圧Vccを受け、その外部電源電圧Vccにほとんど依存しない基準電圧VR1を発生する。その基準電圧VR1は差動増幅回路20に入力され、差動増幅回路20およびドライバ回路30により電源電圧Vccの変動および負荷電流の変動に依存しない内部電源電圧IVccが発生され、周辺回路4またはDRAM3に供給される。外部電源電圧Vccは例えば5Vであり、内部電源電圧IVccはたとえば4Vである。
FIG. 36 shows the configuration of the internal step-down circuits 1a and 1b. The internal voltage down converter includes a reference
図37に、内部降圧回路の具体的な回路構成が示される。基準電圧発生回路10は、PチャネルMOSトランジスタQ11〜Q15を含む。トランジスタQ11〜Q13により外部電源電圧Vccが分圧され、その分圧された電圧がノードN1に現われる。外部電源電圧Vccが上昇すると、ノードN1の電圧も上昇し、トランジスタQ24がオフする。これにより、ノードN2の電圧の上昇が阻止される。逆に、外部電源電圧Vccが低下すると、ノードN1の電圧も低下し、トランジスタQ24がオンする。これにより、ノードN2の電圧の低下が阻止される。このようにして、ノードN2からは外部電源電圧Vccの変動にほとんど依存しない基準電圧VR1が発生される。
FIG. 37 shows a specific circuit configuration of the internal voltage down converter. Reference
差動増幅器20は、PチャネルMOSトランジスタQ21,Q22およびNチャネルMOSトランジスタQ23,Q24からなるカレントミラー回路を含む。ノードN3と電源端子P1との間には、サイズの大きいPチャネルMOSトランジスタQ25およびサイズの小さいPチャネルMOSトランジスタQ26が接続されている。これらのトランジスタQ25,Q26は、カレントミラー回路の消費電力を低減するために付加されている。
DRAM3および周辺回路4が動作するアクティブ期間中は、制御信号φi(i=1,2)が“L”となり、トランジスタQ25がオンする。これにより、カレントミラー回路の応答性が良くなる。DRAM3および周辺回路4において少ない電流しか消費されないスタンドバイ期間には、制御信号φiが“H”となり、トランジスタQ25がオフする。この場合、微小電流が流れる小さいサイズのトランジスタQ26のみがオンしている。したがって、カレントミラー回路の感度が低下するが、消費電力が抑制される。
During the active period in which the
ドライバ回路30は、PチャネルMOSトランジスタQ35を含む。カレントミラー回路のトランジスタQ22のゲートはノードN4に接続される。トランジスタQ35は電源端子P1とノードN4との間に接続される。トランジスタQ35のゲートはカレントミラー回路のノードN5に接続される。
ノードN4から出力される内部電源電圧IVccが基準電圧VR1よりも高くなれば、トランジスタQ21に流れる電流の値がトランジスタQ22に流れる電流の値よりも大きくなる。それにより、ノードN5の電位が上昇する。そのため、トランジスタQ35が浅い導通状態または非導通状態となる。その結果、電源端子P1からノードN4への電流の供給が停止または低減され、内部電源電圧IVccが低下する。 If internal power supply voltage IVcc output from node N4 is higher than reference voltage VR1, the value of the current flowing through transistor Q21 is greater than the value of the current flowing through transistor Q22. Thereby, the potential of the node N5 rises. Therefore, transistor Q35 is in a shallow conductive state or a non-conductive state. As a result, supply of current from power supply terminal P1 to node N4 is stopped or reduced, and internal power supply voltage IVcc is lowered.
逆に、内部電源電圧IVccが基準電圧VR1よりも低くなると、トランジスタQ21に流れる電流の値がトランジスタQ22に流れる電流の値よりも小さくなる。それにより、ノードN5の電位が低下する。そのため、トランジスタQ35が導通状態となり、電源端子P1からノードN4に十分な電流が供給される。その結果、内部電源電圧IVccが上昇する。 Conversely, when internal power supply voltage IVcc becomes lower than reference voltage VR1, the value of the current flowing through transistor Q21 becomes smaller than the value of the current flowing through transistor Q22. As a result, the potential of the node N5 decreases. Therefore, transistor Q35 is turned on, and sufficient current is supplied from power supply terminal P1 to node N4. As a result, internal power supply voltage IVcc rises.
このようにして、外部電源電圧Vccの変動または負荷の変動に依存しない一定の内部電源電圧IVccが得られる。 In this way, a constant internal power supply voltage IVcc that does not depend on fluctuations in the external power supply voltage Vcc or load is obtained.
図38に、内部降圧回路の特性が示される。内部電源電圧IVccは4Vに設定されている。外部電源電圧Vccが4V以下であると、内部電源電圧IVccは外部電源電圧Vccと等しくなるが、外部電源電圧Vccが4V以上になると、内部電源電圧IVccは外部電源電圧Vccの値に依存せず4Vで一定となる。 FIG. 38 shows the characteristics of the internal voltage down converter. Internal power supply voltage IVcc is set to 4V. When external power supply voltage Vcc is 4 V or less, internal power supply voltage IVcc is equal to external power supply voltage Vcc. However, when external power supply voltage Vcc is 4 V or more, internal power supply voltage IVcc does not depend on the value of external power supply voltage Vcc. It becomes constant at 4V.
図39に、図35の内部降圧回路1a,1bの制御タイミングが示される。外部から与えられるロウアドレスストローブ信号/RASが“H”である期間に対応する期間をスタンドバイ期間と呼び、ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”である期間に対応する期間をアクティブ期間と呼ぶ。アクティブ期間にDRAM3および周辺回路4が動作し、電流が消費される。
FIG. 39 shows the control timing of internal voltage down converters 1a and 1b in FIG. A period corresponding to a period in which the row address strobe signal / RAS applied from the outside is “H” is called a standby period, and a period corresponding to a period in which the row address strobe signal / RAS is “L” is called an active period. . During the active period, the
ロウアドレスストローブ信号/RASの立下がりに応答して制御信号φ1が“L”になる。それにより、内部降圧回路1a内のトランジスタQ25(図37参照)がオンし、内部降圧回路1aの電流供給能力が上昇し、内部電源電圧IVcc1が一定に保たれる。 In response to the fall of row address strobe signal / RAS, control signal φ1 attains "L". Thereby, transistor Q25 (see FIG. 37) in internal voltage down converting circuit 1a is turned on, the current supply capability of internal voltage down converting circuit 1a is increased, and internal power supply voltage IVcc1 is kept constant.
その後、センスアンプ活性化信号SEが“H”に立上がる。それにより、DRAM3内のセンスアンプSAが活性化される。センスアンプ活性化信号SEの立上がりに応答して、制御信号φ2が“L”になる。それにより、内部降圧回路1b内のトランジスタQ25(図37参照)がオンし、内部降圧回路1bの電流供給能力が上昇し、内部電源電圧IVcc2が一定に保たれる。
Thereafter, sense amplifier activation signal SE rises to "H". Thereby, the sense amplifier SA in the
図39において、ロウ系セット電流とは、アドレス信号の入力からワード線の電位の立上がりまでの間に各回路の活性化により生じる電流である。センスアンプ系電流は、CMOSセンスアンプSAの活性化により生じる電流である。コラム系電流は、CMOSセンスアンプSAの活性化後データの出力までの間に各回路の活性化により生じる電流である。ロウ系リセット電流は、ロウアドレスストローブ信号/RASの立上がり時に生ずる電流である。 In FIG. 39, a row-related set current is a current generated by activation of each circuit between the input of an address signal and the rise of the potential of the word line. The sense amplifier system current is a current generated by the activation of the CMOS sense amplifier SA. The column system current is a current generated by the activation of each circuit between the activation of the CMOS sense amplifier SA and the output of data. The row reset current is a current generated when the row address strobe signal / RAS rises.
内部降圧回路1aのための制御信号φ1はアクティブ期間中“L”となっている。一方、内部降圧回路1bのための制御信号φ2はCMOSセンスアンプSAの活性から一定期間だけ“L”になっている。これは、ビット線の充放電時つまりセンスアンプの活性時にのみセンスアンプ系電流が流れるからである。 The control signal φ1 for the internal step-down circuit 1a is “L” during the active period. On the other hand, the control signal φ2 for the internal step-down circuit 1b is “L” for a certain period from the activation of the CMOS sense amplifier SA. This is because the sense amplifier system current flows only when the bit line is charged / discharged, that is, when the sense amplifier is active.
(2) 第2の従来技術(図40〜図42)
図40は、レベルシフト回路を用いた従来の内部降圧回路を示すブロック図である。レベルシフト回路90は、差動増幅回路20の感度を上げるために、ドライバ回路30から出力される内部電源電圧IVccを4Vから2.4Vにレベルシフトして差動増幅回路20に与える。この場合、基準電圧発生回路10から発生される基準電圧VR1も2.4Vに設定される。
(2) Second prior art (FIGS. 40 to 42)
FIG. 40 is a block diagram showing a conventional internal voltage down converting circuit using a level shift circuit. The
図41に差動増幅回路20、ドライバ回路30およびレベルシフト回路90の詳細な構成が示される。差動増幅回路20は、PチャネルMOSトランジスタQ27,Q28およびNチャネルMOSトランジスタQ29,Q30を含むカレントミラー回路からなる。NチャネルMOSトランジスタQ31のゲートには制御信号φiまたは電源電圧Vccが与えられる。差動増幅回路20は、ノードN6の電圧を基準電圧VR1と比較し、ドライバ回路30のトランジスタQ35をオンオフさせる。トランジスタQ29,Q30の特性から、トランジスタQ29,Q30に与えられる電圧レベルが低いほど差動増幅回路20の感度が高くなる。したがって、ノードN4に供給される内部電源電圧IVccがレベルシフト回路90により2.4Vに変換され、ノードN6に与えられる。
FIG. 41 shows detailed configurations of the
レベルシフト回路90は、図41に示されるようにPチャネルMOSトランジスタQ90,Q91からなる抵抗分割回路または図42に示されるように抵抗R1,R2からなる抵抗分割回路である。
The
次に、図41の回路の動作を説明する。内部電源電圧IVccが4V以下になると、レベルシフト回路90の出力は2.4V以下となる。このとき、ノードN6の電圧は基準電圧VR1よりも低いので、差動増幅回路20のノードN5の出力は“L”になる。その結果、ドライバ回路30のトランジスタQ35がオンし、ノードN4に外部電源電圧Vccが供給される。
Next, the operation of the circuit of FIG. 41 will be described. When the internal power supply voltage IVcc becomes 4V or less, the output of the
内部電源電圧IVccが4V以上になると、レベルシフト回路90の出力は2.4V以上になる。そのため、ノードN6の電圧が基準電圧VR1よりも高くなるので、差動増幅回路20のノードN5の出力が“H”になる。その結果、ドライバ回路30のトランジスタQ35がオフし、ノードN4には外部電源電圧Vccが供給されなくなる。
When the internal power supply voltage IVcc becomes 4V or higher, the output of the
以上の動作を繰り返すことにより、外部電源電圧Vccが4V以下であると内部電源電圧IVccは外部電源電圧Vccと等しくなり、外部電源電圧Vccが4V以上になると内部電源電圧IVccは4Vで一定になる。なお、レベルシフト回路90は抵抗分割回路であるので、ドライバ回路30のトランジスタQ35がオンすると、電源端子P1から接地端子へ貫通電流が流れる。
By repeating the above operation, the internal power supply voltage IVcc becomes equal to the external power supply voltage Vcc when the external power supply voltage Vcc is 4 V or less, and becomes constant at 4 V when the external power supply voltage Vcc is 4 V or more. . Since the
(3) 第3の従来技術(図43〜図46)
図43は、従来の内部降圧回路の他の例を示す回路図である。この内部降圧回路を搭載したMOS・DRAMは、IEEE JSSCC,Vol.23,No.5,pp.1128−1132,Oct.1988に開示されている。
(3) Third prior art (FIGS. 43 to 46)
FIG. 43 is a circuit diagram showing another example of a conventional internal voltage down converter. A MOS DRAM incorporating this internal voltage down converter is disclosed in IEEE JSSCC, Vol. 23, no. 5, pp. 1128-1132, Oct. 1988.
電圧発生回路10aは基準電圧V1を発生し、電圧発生回路10bは基準電圧V2を発生する。基準電圧発生回路10cは基準電圧V1,V2を受け、基準電圧VLを発生する。基準電圧V1,V2,VLは図45に示す特性を有する。
The
差動増幅回路20およびドライバ回路30は、図41に示される差動増幅回路20およびドライバ回路30と同様に、内部電源電圧IVccを基準電圧VLと比較し、フィードバックループにより一定の内部電源電圧IVccを供給する。図43において、J1,J2は電流源を示している。
Similar to
図44に、基準電圧発生回路10cの構成の一例が示される。基準電圧発生回路10cは、2つのカレントミラーアンプ11,12および出力ステージ13を含む。カレントミラーアンプ11は、PチャネルMOSトランジスタQ61,Q62、NチャネルMOSトランジスタQ63,Q64および電流源J3を含む。カレントミラーアンプ12は、PチャネルMOSトランジスタQ65,Q66、NチャネルMOSトランジスタQ67,Q68および電流源J4を含む。出力ステージ13は、PチャネルMOSトランジスタQ69,Q70および抵抗R3,R4を含む。
FIG. 44 shows an example of the configuration of the reference
カレントミラーアンプ11は、出力ステージ13のノードN7の電圧を基準電圧V1と比較し、トランジスタQ69を制御する。カレントミラーアンプ12は、出力ステージ13のノードN7の電圧を基準電圧V1と比較し、トランジスタQ70を制御する。出力ステージ13のノードN8から基準電圧VLが発生される。
The
図46に、基準電圧VLおよび内部電源電圧IVccの外部電源電圧依存性を示す。外部電源電圧Vccが4Vになるまでは、内部電源電圧IVccは直線的に増加し、外部電源電圧Vccが4V〜7Vの範囲では、内部電源電圧IVccは4Vで一定となり、外部電源電圧Vccが7V以上になると内部電源電圧IVccは直線的に増加する。 FIG. 46 shows the dependence of the reference voltage VL and the internal power supply voltage IVcc on the external power supply voltage. Until the external power supply voltage Vcc reaches 4V, the internal power supply voltage IVcc increases linearly. When the external power supply voltage Vcc is in the range of 4V to 7V, the internal power supply voltage IVcc is constant at 4V, and the external power supply voltage Vcc is 7V. If it becomes above, internal power supply voltage IVcc will increase linearly.
このような特性を有する内部降圧回路を内蔵した半導体装置のバーンイン試験(電圧印加加速試験)を行なう場合には、内部回路の回路素子に高電圧を印加するために、内部電源電圧IVccが外部電源電圧Vccに従って直線的に変動する領域で高い外部電源電圧を印加する必要がある。
(1) 図35に示されるDRAM3、周辺回路4等の内部回路では、定常的に消費される電流(直流的に消費される電流)が存在する。このような電流により内部電源電圧が低下すると、ドライバ回路30のトランジスタQ35がオンする(図37参照)。それにより、内部電源電圧が、図47に示すように、4Vに戻る。このとき、差動増幅回路20において電源端子P1から接地端子P2へ貫通電流が流れ、消費電流にピークが現われる。そのため、消費電流が大きくなるという問題がある。
(1) In the internal circuits such as the
また、図37の内部降圧回路では、図39に示されるようにスタンドバイ期間にはトランジスタQ25がオフし、トランジスタQ26のみにより電流供給が行なわれる。このようにして、差動増幅回路20の電流供給能力が低くされ、消費電力が小さくされる。しかしながら、消費電力をある程度までしか小さくできないという問題がある。
In the internal voltage down converter of FIG. 37, as shown in FIG. 39, transistor Q25 is turned off during the standby period, and current is supplied only by transistor Q26. In this way, the current supply capability of the
(2) 図35に示される周辺回路4では、アクティブ期間に電流を消費するので、図39に示されるように、アクティブ期間には制御信号φ1を“L”にすることにより内部降圧回路1aの差動増幅器20の電流供給能力を上げておく必要がある。そのため、アクティブ期間が長くなると、差動増幅器20で消費される電力が増大する。
(2) Since the
また、図35に示される内部降圧回路1bでは、図39に示すように、アクティブ期間内でセンスアンプの活性化後一定期間だけ制御信号φ2が“L”となり、電流供給能力が上げられる。その後は、図37に示されるトランジスタQ26のみにより電流供給が行なわれる。この場合、上記のように、消費電力をある程度までしか小さくできないという問題がある。 In the internal voltage down converter 1b shown in FIG. 35, as shown in FIG. 39, the control signal φ2 becomes “L” for a certain period after the activation of the sense amplifier within the active period, and the current supply capability is increased. Thereafter, the current is supplied only by transistor Q26 shown in FIG. In this case, as described above, there is a problem that power consumption can be reduced only to a certain extent.
(3) 同じアクティブ期間内でもDRAM3と周辺回路4とでは電流消費が異なるので、内部回路ごとに消費電力を低減する必要がある。
(3) Since current consumption differs between the
(4) 図35に示される内部降圧回路1bでは、図39に示すように、アクティブ期間内でセンスアンプの活性化後一定期間だけ電流供給能力が上げられる。しかしながら、リフレッシュサイクルにおける電流消費は、ノーマルサイクルにおける電流消費とは異なる。特に、リフレッシュサイクルの時間が長くなると、内部降圧回路1bの動作電流が増大し、リフレッシュ時に流れる電流が増加するという問題がある。 (4) In the internal voltage down converter 1b shown in FIG. 35, as shown in FIG. 39, the current supply capability is increased only for a certain period after the activation of the sense amplifier within the active period. However, the current consumption in the refresh cycle is different from the current consumption in the normal cycle. In particular, when the refresh cycle time is lengthened, there is a problem that the operating current of the internal voltage down converting circuit 1b increases and the current flowing during the refreshing increases.
(5) 図43の内部降圧回路を内蔵する半導体装置において、バーンイン試験を行なう場合には、内部回路に高電圧を印加するために、外部電源端子に7V以上のかなり高い外部電源電圧を印加する必要がある。その場合、本来外部電源電圧Vccにより直接駆動される出力バッファ5のような内部回路にはそのままその高い外部電源電圧が印加される。それにより、その内部回路の回路素子が破壊される危険性がある。
(5) When a burn-in test is performed in the semiconductor device incorporating the internal voltage down converter of FIG. 43, a considerably high external power supply voltage of 7 V or more is applied to the external power supply terminal in order to apply a high voltage to the internal circuit. There is a need. In that case, the high external power supply voltage is applied as it is to an internal circuit such as the
(6) 図40〜図42に示される内部降圧回路では、上記のように、レベルシフト回路90に貫通電流が流れる。そのため、消費電力の増大を防止するためにレベルシフト回路90に流れる電流を小さく設定する必要がある。その結果、内部電源電圧IVccの変動に対するレベルシフト回路90の出力の応答が遅くなる。
(6) In the internal step-down circuit shown in FIGS. 40 to 42, a through current flows through the
また、内部電源電圧IVccの変動幅が抵抗分割されるので、差動増幅回路20の入力振幅が小さくなる。そのため、レベルシフト回路90を有するにもかかわらず、内部降圧回路の感度があまり良くならないという問題がある。
Further, since the fluctuation range of the internal power supply voltage IVcc is divided by resistance, the input amplitude of the
(7) 内部降圧回路を有さない半導体装置では、図48に示すように、チップch上に1本の電源線L1しか有さない。この電源線L1は、外部電源電圧Vccを受ける電源パッドpVccに接続される。したがって、電源線L1の電位を電源パッドpVccからモニタすることができる。なお、CIRは回路領域を示す。 (7) A semiconductor device that does not have an internal step-down circuit has only one power supply line L1 on the chip ch as shown in FIG. Power supply line L1 is connected to power supply pad pVcc receiving external power supply voltage Vcc. Therefore, the potential of the power supply line L1 can be monitored from the power supply pad pVcc. CIR indicates a circuit area.
しかしながら、内部降圧回路を内蔵する半導体装置では、チップ上に外部電源線および内部電源線を有する。外部電源線は、電源パッドに接続されているが、内部電源線はパッドには接続されていない。したがって、内部電源線の電位をモニタするためには、直接内部電源線にプロービングする必要がある。そのため、モールドされた半導体装置では、内部電源線の電位をモニタすることができないという問題がある。 However, a semiconductor device incorporating an internal voltage down converter has an external power supply line and an internal power supply line on the chip. The external power supply line is connected to the power supply pad, but the internal power supply line is not connected to the pad. Therefore, in order to monitor the potential of the internal power supply line, it is necessary to directly probe the internal power supply line. Therefore, the molded semiconductor device has a problem that the potential of the internal power supply line cannot be monitored.
この発明は、上記の(1)〜(7)の問題点を解決するためになされたものであり、次の(1)〜(7)の目的を有する。 The present invention has been made to solve the above problems (1) to (7), and has the following objects (1) to (7).
(1) この発明の目的は、内部回路に安定に内部電源電圧を供給しつつ内部降圧回路の消費電力を低減することである。 (1) An object of the present invention is to reduce power consumption of an internal step-down circuit while stably supplying an internal power supply voltage to the internal circuit.
(2) この発明の他の目的は、内部回路のアクティブ期間が長くなった場合でも、内部降圧回路の消費電力を十分に低減することである。 (2) Another object of the present invention is to sufficiently reduce the power consumption of the internal step-down circuit even when the active period of the internal circuit becomes long.
(3) この発明のさらに他の目的は、異なる動作を行なう複数の内部回路に内部電源電圧を供給する場合に、消費電力を最小限にすることである。 (3) Still another object of the present invention is to minimize power consumption when supplying an internal power supply voltage to a plurality of internal circuits performing different operations.
(4) この発明のさらに他の目的は、内部電源電圧により駆動される記憶装置において、リフレッシュサイクルの期間が長くなった場合に、リフレッシュ電流の増加を阻止することである。 (4) Still another object of the present invention is to prevent an increase in refresh current when a refresh cycle period becomes long in a memory device driven by an internal power supply voltage.
(5) この発明のさらに他の目的は、内部降圧回路を備えた半導体装置の加速試験を回路素子を破壊することなく効率よく行なうことである。 (5) Still another object of the present invention is to efficiently perform an acceleration test of a semiconductor device having an internal step-down circuit without destroying circuit elements.
(6) この発明のさらに他の目的は、内部降圧回路の感度を向上させることである。 (6) Still another object of the present invention is to improve the sensitivity of the internal voltage down converter.
(7) この発明のさらに他の目的は、内部電源線に直接プロービングすることなしにその電位をモニタすることである。 (7) Still another object of the present invention is to monitor the potential without directly probing the internal power line.
本発明の内部電源線の電圧のモニタ方法は、内部電源電圧が与えられる内部電源線と、外部ピンと、外部ピンと内部電源線との間で電気的経路を形成する電圧伝達手段とを備えた半導体装置において内部電源線の電圧をモニタする方法であって、外部ピンに与える電圧を変化させ、外部電源電圧と固定電圧との間に流れるスタンドバイ電流を検知し、スタンドバイ電流が上昇しはじめる際の外部ピンの電圧に基づいて内部電源電圧を測定する。 The method for monitoring the voltage of the internal power supply line according to the present invention is a semiconductor comprising an internal power supply line to which an internal power supply voltage is applied, an external pin, and a voltage transmission means for forming an electrical path between the external pin and the internal power supply line. This is a method for monitoring the voltage of the internal power supply line in the device, when the voltage applied to the external pin is changed, the standby current flowing between the external power supply voltage and the fixed voltage is detected, and the standby current starts to rise. Measure the internal power supply voltage based on the external pin voltage.
好ましくは、外部ピンに与える電圧を上昇させる。 Preferably, the voltage applied to the external pin is increased.
好ましくは、電圧伝達手段は、少なくとも1つの既知のしきい値電圧を有するダイオード接続されたトランジスタを含み、スタンドバイ電流が上昇しはじめる際の外部ピンの電圧およびトランジスタの既知のしきい値電圧に基づいて内部電源線の電圧を算出する。 Preferably, the voltage transfer means comprises a diode-connected transistor having at least one known threshold voltage, to the voltage of the external pin and the known threshold voltage of the transistor when the standby current begins to rise. Based on this, the voltage of the internal power supply line is calculated.
特に、電圧伝達手段は、n個のトランジスタを含み、内部電源線の電圧をVINTとし、検知した外部ピンの電圧をVEXTとし、トランジスタのしきい値電圧をVthとした場合に、内部電源線の電圧は、VINT=VEXT−n・Vthの数式に基づいて算出される。 In particular, the voltage transmission means includes n transistors, the voltage of the internal power supply line is VINT, the detected voltage of the external pin is VEXT, and the threshold voltage of the transistor is Vth. The voltage is calculated based on the formula of VINT = VEXT−n · Vth.
本発明の内部電源線の電圧のモニタ方法は、第1および第2の外部ピンと、内部電源電圧が与えられる内部電源線と、第2の外部ピンの電圧が内部電源電圧よりも所定のしきい値電圧だけ低い電圧になった場合に導通状態となるスイッチ素子とを含む半導体装置において内部電源線の電圧をモニタする方法であって、第1および第2の外部ピンに予め定められた所定の電圧を与え、記第2の外部ピンに与えられた電圧を降下させ、第1の外部ピンと第2の外部ピンとの間に電流が流れ始めるのを検出する。 According to the method for monitoring the voltage of the internal power supply line of the present invention, the first and second external pins, the internal power supply line to which the internal power supply voltage is applied, and the voltage of the second external pin have a predetermined threshold value than the internal power supply voltage. A method of monitoring a voltage of an internal power supply line in a semiconductor device including a switch element that becomes conductive when a voltage that is lower by a value voltage is provided, and includes a predetermined predetermined value for first and second external pins A voltage is applied, the voltage applied to the second external pin is dropped, and it is detected that a current starts to flow between the first external pin and the second external pin.
本発明に係る半導体装置は、内部電源線と、外部電源電圧を受けて内部電源線に供給する内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、外部ピンと、外部ピンと内部電源線との間で電気的経路を形成する電圧伝達手段とを備え、試験モードにおいて、外部電源電圧と固定電圧との間に流れるスタンドバイ電流を検知し、外部ピンに電圧を与えてスタンドバイ電流が上昇しはじめる際の外部ピンの電圧に基づいて内部電源電圧を測定することを可能とする。 The semiconductor device according to the present invention is electrically connected between an internal power supply line, an internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage to be supplied to the internal power supply line, an external pin, and the external pin and the internal power supply line. In the test mode, the standby current flowing between the external power supply voltage and the fixed voltage is detected, and the external current when the standby current starts to rise by applying a voltage to the external pin in the test mode. Allows internal power supply voltage to be measured based on pin voltage.
好ましくは、電圧伝達手段は、外部ピンと内部電源線との間に設けられ、かつダイオード接続された複数のトランジスタを含む。 Preferably, the voltage transmission means includes a plurality of transistors provided between the external pin and the internal power supply line and diode-connected.
本発明の半導体装置は、外部ピンと、外部電源電圧を受けて外部電源電圧よりも低い内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、内部電源電圧が供給される内部電源線と、内部電源線の電圧の電圧伝達手段とを備え、電圧伝達手段は、外部ピンと内部電源線との間に設けられ、ゲート電極とドレイン電極とが結合されるダイオード接続されたトランジスタを少なくとも1つ含み、各トランジスタは、内部降圧回路を構成するトランジスタと同じ既知のしきい値電圧を有し、外部ピンと複数のトランジスタのうちの1つのトランジスタのドレイン電極と結合され、内部電源線と複数のトランジスタのうちの他の1つのトランジスタのソース電極と結合される。 The semiconductor device of the present invention includes an external pin, an internal voltage down converter that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage, an internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied, and a voltage of the internal power supply line The voltage transmission means includes at least one diode-connected transistor provided between the external pin and the internal power supply line and having a gate electrode and a drain electrode coupled to each other. It has the same known threshold voltage as the transistors constituting the internal step-down circuit, is coupled to the external pin and the drain electrode of one of the plurality of transistors, and is connected to the internal power line and the other one of the plurality of transistors. Coupled with the source electrode of two transistors.
本発明の半導体装置は、外部電源電圧を受けて外部電源電圧よりも低い内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、内部電源電圧が供給される内部電源線と、内部電源線の電圧の電圧伝達手段と、内部電源線の電圧の測定専用のために用いられる単一の外部ピンとを備え、電圧伝達手段は、指示信号に応答して導通するスイッチ素子と、スイッチ素子を介して外部電源電圧と外部ピンとの間に設けられ、内部電源線とゲート電極とが電気的に結合され、外部ピンの電圧が内部電源電圧よりも所定のしきい値電圧だけ低い電圧になった場合に導通状態となるように接続されたトランジスタとを含み、所定の機能を有する周辺回路と、周辺回路で用いられる外部から入力される複数の制御信号に基づいて指示信号を生成する信号生成回路とをさらに備える。 A semiconductor device according to the present invention includes an internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage, an internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied, and voltage transmission of the voltage of the internal power supply line And a single external pin used exclusively for measuring the voltage of the internal power supply line, and the voltage transmission means includes a switch element that conducts in response to the instruction signal, and an external power supply voltage via the switch element. Provided between the external pin, the internal power supply line and the gate electrode are electrically coupled, and the conductive state is established when the voltage of the external pin is lower than the internal power supply voltage by a predetermined threshold voltage. A peripheral circuit having a predetermined function and a signal generation circuit for generating an instruction signal based on a plurality of control signals input from the outside used in the peripheral circuit Obtain.
本発明の半導体装置は、第1および第2の外部ピンと、外部電源電圧を受けて外部電源電圧よりも低い内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、内部電源電圧が供給される内部電源線と、内部電源線の電圧の電圧伝達手段とを備え、電圧伝達手段は、指示信号に応答して導通するスイッチ素子と、スイッチ素子を介して内部電源線とゲート電極との間が結合され、ソース電極およびドレイン電極は、第1および第2の外部ピンとそれぞれ結合され、第1の外部ピンに所定電圧が与えられた場合に第2の外部ピンが内部電源電圧よりも所定のしきい値電圧だけ低い電圧になった場合に導通状態となるように接続されたトランジスタとを含み、所定の機能を有する周辺回路と、周辺回路で用いられる外部から入力される複数の制御信号に基づいて指示信号を生成する信号生成回路とをさらに備える。 A semiconductor device according to the present invention includes first and second external pins, an internal voltage down converter that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage, and an internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied. A voltage transmitting means for voltage of the internal power supply line, the voltage transmitting means being coupled between the internal power supply line and the gate electrode via the switch element, the switch element conducting in response to the instruction signal, and the source The electrode and the drain electrode are respectively coupled to the first and second external pins, and when a predetermined voltage is applied to the first external pin, the second external pin has a predetermined threshold voltage higher than the internal power supply voltage. A peripheral circuit having a predetermined function, and a plurality of control signals input from the outside used in the peripheral circuit, including a transistor connected so as to be in a conductive state when the voltage is low Further comprising a signal generating circuit for generating a No. 示信.
本発明の半導体装置は、外部電源電圧を受けて外部電源電圧よりも低い内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、内部電源電圧が供給される内部電源線と、内部電源線の電圧の電圧伝達手段と、内部電源線の電圧の測定専用のために用いられる単一の外部ピンとを備え、電圧伝達手段は、指示信号に応答して導通するスイッチ素子と、スイッチ素子を介して内部電源線と外部ピンとの間に配置され、ダイオード接続されたトランジスタとを含み、トランジスタは、内部降圧回路を構成するトランジスタと同じ既知のしきい値電圧を有し、所定の機能を有する周辺回路と、周辺回路で用いられる外部から入力される複数の制御信号に基づいて指示信号を生成する信号生成回路とをさらに備える。 A semiconductor device according to the present invention includes an internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage, an internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied, and voltage transmission of the voltage of the internal power supply line And a single external pin used exclusively for measuring the voltage of the internal power supply line, and the voltage transmission means includes a switch element that conducts in response to the instruction signal, and an internal power supply line via the switch element. A transistor disposed between the external pin and diode-connected, the transistor having the same known threshold voltage as that of the transistor constituting the internal step-down circuit and having a predetermined function; and a peripheral circuit And a signal generation circuit for generating an instruction signal based on a plurality of control signals input from the outside used in the above.
(1) 外部パッドの電位および電圧伝達手段のトランジスタのしきい値電圧に基づいて内部電源線の電位を算出することができる。それにより、内部電源線に直接プロービングすることなく、内部電源線の電位をモニタすることができる。 (1) The potential of the internal power supply line can be calculated based on the potential of the external pad and the threshold voltage of the transistor of the voltage transmission means. Thereby, the potential of the internal power supply line can be monitored without directly probing the internal power supply line.
(2) 一定電圧が与えられた外部パッドに電流が流れ始めるのを検出することができる。 (2) It can be detected that a current starts to flow to an external pad to which a constant voltage is applied.
(1) 第1の実施例(図1〜図21)
(a) 全体構成および概略動作(図1)
図1は、この発明の第1の実施例による半導体装置の構成を示すブロック図である。半導体装置CHは、内部降圧回路1、DRAM3、周辺回路4および出力バッファ5を含む。内部降圧回路1は、外部電源電圧Vccを内部電源電圧IVccに降圧し、それをDRAM3および周辺回路4の両方に供給する。出力バッファ5は外部電源電圧Vccにより駆動される。
(1) First embodiment (FIGS. 1 to 21)
(A) Overall configuration and schematic operation (FIG. 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. Semiconductor device CH includes an internal voltage down
内部降圧回路1は、従来の内部降圧回路と同様に、基準電圧VR1を発生する基準電圧発生回路10、差動増幅回路20およびドライバ回路30を含み、さらに、nチャネルドライバ回路40および基準電圧発生回路45を含む。基準電圧発生回路45は、基準電圧VR2を発生し、それをnチャネルドライバ回路40に供給する。nチャネルドライバ回路40は、後述するように、基準電圧VR2を受け、内部電源電圧IVccを発生する。
Internal voltage down converting
外部電源電圧Vccが与えられる外部電源線L1と内部電源電圧IVccが与えられる内部電源線L2との間にはバーンインモード設定回路50が接続されている。バーンインモード設定回路50はバーンインモード設定信号発生回路70から発生されるバーンインモード設定信号BVDにより制御される。
A burn-in
一方、差動増幅回路20は、活性化信号発生回路80から発生される活性化信号ACTにより制御される。活性化信号発生回路80は、制御信号発生回路60から発生される制御信号φXおよびバーンインモード設定信号発生回路70から発生されるバーンインモード設定信号BVDに応答して活性化信号ACTを発生する。
On the other hand, the
ノーマルモード時(通常の動作時)には、バーンインモード設定信号BVDによりバーンインモード設定回路50は非活性化される。このとき、差動増幅回路20には、活性化信号ACTとして制御信号発生回路60からの制御信号φXが与えられる。したがって、差動増幅回路20は制御信号φXにより制御される。通常は、nチャネルドライバ回路40により内部電源電圧IVccが供給され、DRAM3および周辺回路4の動作時には、差動増幅回路20が活性化され、ドライバ回路30によりnチャネルドライバ回路40の供給能力不足が補われる。
In the normal mode (during normal operation), the burn-in
バーンインモード時(バーンイン試験時)には、バーンインモード設定回路50が活性化され、かつ差動増幅回路20が非活性化される。それにより、外部電源線L1の外部電圧Vccが内部電源線L2に直接供給される。
In the burn-in mode (burn-in test), the burn-in
基準電圧発生回路10およびドライバ回路30の構成は図37に示される構成と同様である。差動増幅回路20の構成は図41に示される構成と同様である。この場合、トランジスタQ31のゲートに活性化信号ACTが与えられる。
The configurations of the reference
差動増幅回路20の構成として、図37に示される構成を用いてもよい。ただし、トランジスタQ26は設けられず、また、制御信号φXの論理が逆になる。
The configuration shown in FIG. 37 may be used as the configuration of the
(b) 内部降圧回路1の詳細(図2〜図4)
図2に、内部降圧回路1の一部分の構成を詳細に示す。nチャネルドライバ回路40はNチャネルMOSトランジスタQ40を含む。トランジスタQ40はソースフォロワトランジスタであり、ドライバ回路30のトランジスタQ35と並列に接続されている。トランジスタQ40のゲートには、基準電圧VR2が与えらる。基準電圧VR2は、次式のように設定される。
(B) Details of the internal step-down circuit 1 (FIGS. 2 to 4)
FIG. 2 shows the configuration of a part of the internal step-down
VR2=IVcc+Vth
ここで、VthはトランジスタQ40のしきい値電圧である。一方、VR1=IVccが成立するので、基準電圧VR1を4Vとすると、基準電圧VR2は、(4+Vth)Vに設定される。
VR2 = IVcc + Vth
Here, Vth is the threshold voltage of transistor Q40. On the other hand, since VR1 = IVcc is established, when the reference voltage VR1 is 4V, the reference voltage VR2 is set to (4 + Vth) V.
トランジスタQ40は飽和領域で動作するので、電流供給能力は小さいが、常時一定の内部電源電圧IVccを供給することができる。これにより、DRAM3および周辺回路4で定常的に消費される電流を補償することができる。DRAM3および周辺回路4の動作時には、差動増幅回路20が活性化され、ドライバ回路30およびnチャネルドライバ回路40の両方により内部電源電圧IVccが供給される。
Since the transistor Q40 operates in the saturation region, the current supply capability is small, but a constant internal power supply voltage IVcc can always be supplied. Thereby, it is possible to compensate for the current constantly consumed in the
図3に示されるように、ドライバ回路30の出力電圧をレベルシフトさせて差動増幅回路20に与えるためにレベルシフト回路90を設けてもよい。また、図4に示されるように、レベルシフト回路90にインバータ91を介して活性化信号ACTを与えてもよい。この場合、活性化信号ACTが“H”になると、インバータ91の出力は“L”となる。そのため、レベルシフト回路90が活性化される。逆に、活性化信号ACTが“L”になると、インバータ91の出力は“H”となる。そのため、レベルシフト回路90は非活性化される。
As shown in FIG. 3, a
このように、差動増幅回路20の活性時にレベルシフト回路90も活性化され、差動増幅回路20の非活性時にはレベルシフト回路90も非活性化される。そのため、スタンドバイ状態において差動増幅回路20とレベルシフト回路90とを非活性にすることにより、さらに消費電力を低減することができる。
Thus, the
(c) 制御信号発生回路60および制御動作(図5〜図8)
図5に示すように、リフレッシュ制御回路61は、外部から与えられるロウアドレスストローブ信号/RASおよび外部から与えられるコラムアドレスストローブ信号/CASに応答してセンスアンプ制御回路62に制御信号を与える。センスアンプ制御回路62はその制御信号に応答してセンスアンプ活性化信号SEを発生する。制御信号発生回路60は、ロウアドレスストローブ信号/RAS、コラムアドレスストローブ信号/CASおよびセンスアンプ活性化信号SEに応答して制御信号φXを発生する。
(C) Control
As shown in FIG. 5, refresh
図6〜図8の波形図を参照しながら制御信号発生回路60の制御動作を説明する。
The control operation of the control
まず、図6を参照しながらノーマルモード(通常動作)のノーマルサイクル時の動作を説明する。ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”になってアクティブ期間が開始すると、制御信号φXが“H”に立上がる。これにより、差動増幅回路20が活性化され、ドライバ回路30によりDRAM3および周辺回路4に内部電源電圧IVccが供給される。その結果、ロウ系セット電流、センスアンプ系電流、コラム系電流およびロウ系リセット電流を補償することができる。
First, the operation in the normal cycle of the normal mode (normal operation) will be described with reference to FIG. When the active period starts when the row address strobe signal / RAS becomes “L”, the control signal φX rises to “H”. As a result,
ロウアドレスストローブ信号/RASが“H”に立上がってアクティブ期間が終了すると、制御信号φXが“L”に立下がる。それにより、差動増幅回路20が非活性化され、nチャネルドライバ回路40のみにより内部電源電圧IVccが供給される。スタンドバイ期間には、DRAM3および周辺回路4の電流消費量は少ないので、内部電源電圧IVccを一定に保持することができる。
When row address strobe signal / RAS rises to “H” and the active period ends, control signal φX falls to “L”. As a result,
次に、図7を参照しながらノーマルモードのCASビッフォアRASリフレッシュサイクル時の動作を説明する。CASビッフォアRASリフレッシュ時には、コラム系は動作しない。したがって、ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”であっても、メモリセルのリフレッシュが完了した時点でDRAM3および周辺回路4の動作を終了させることが可能である。この場合、その時点でDRAM3および周辺回路4をリセットすると、以後ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”であってもDRAM3および周辺回路4にはピーク電流は発生しない。
Next, the operation during the CAS-before-RAS refresh cycle in the normal mode will be described with reference to FIG. The column system does not operate during CAS before RAS refresh. Therefore, even when the row address strobe signal / RAS is “L”, the operations of the
したがって、半導体装置の内部は、スタンドバイ期間と同様にスタンドバイ状態となる。そのため、制御信号φXはDRAM3および周辺回路4の動作が終了するまでの期間だけ“H”となり、差動増幅回路20を活性化させる。この期間以外は、ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”であっても、nチャネルドライバ回路40のみにより内部電源電圧IVccが供給される。
Therefore, the inside of the semiconductor device is in a standby state similarly to the standby period. Therefore, the control signal φX becomes “H” only during the period until the operation of the
これにより、CASビッフォアRASリフレッシュサイクルにおいてロウアドレスストローブ信号/RASが“L”である期間が長くなっても、DRAM3および周辺回路4の動作が完了していれば差動増幅回路20で消費される電力を十分に減少させることができる。
As a result, even if the period during which the row address strobe signal / RAS is “L” in the CAS before RAS refresh cycle becomes longer, if the operations of the
次に、図8を参照しながらノーマルモードのCASビッフォアRASリフレッシュサイクル時の動作の他の例を説明する。DRAM3および周辺回路4をリフレッシュの完了時点でリセットせずに、ロウアドレスストローブ信号/RASが“H”に立上がった時点でリセットする場合には、制御信号φXのタイミングは図8に示すようになる。制御信号φXはリフレッシュ動作時およびリセット動作時のみに“H”になり、差動増幅回路20を活性化させる。それ以外の期間には、nチャネルドライバ回路40のみにより内部電源電圧IVccが供給される。それにより、ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”である期間が長い場合でも、消費電力を大幅に低減することができる。
Next, another example of the operation during the CAS-before-RAS refresh cycle in the normal mode will be described with reference to FIG. When the
(d) 制御信号発生回路60の他の制御動作(図9〜図12)
まず、図9および図10を参照しながらオートリフレッシュサイクルにおける制御信号発生回路60の動作を説明する。この場合、制御信号発生回路60は、リフレッシュ制御回路61、タイマ回路64および遅延回路66により制御される。
(D) Other control operations of the control signal generation circuit 60 (FIGS. 9 to 12)
First, the operation of the control
ロウアドレスストローブ信号/RASおよびコラムアドレスストローブ信号/CASに応答してオートリフレッシュサイクルが開始すると、リフレッシュ制御回路61からリフレッシュアドレスカウンタ回路63に活性化信号が与えられるとともに、タイマ回路64に活性化信号TEが与えられる。これにより、リフレッシュアドレスカウンタ回路63およびタイマ回路64が活性化される。その結果、リフレッシュアドレスカウンタ回路63からリフレッシュアドレス信号RAがアドレスバッファ65に与えられる。アドレスバッファ65は、タイマ回路64から出力される制御信号CNにより制御される。アドレスバッファ65はリフレッシュアドレス信号RAに応答してメモリアレイMA(図1参照)にアドレス信号ADを与える。このアドレス信号ADによりリフレッシュされるべきアドレスが指定される。
When an auto-refresh cycle starts in response to row address strobe signal / RAS and column address strobe signal / CAS, an activation signal is applied from
一方、タイマ回路64は、トリガ信号Aを遅延回路66および制御信号発生回路60に与える。制御信号発生回路60は、トリガ信号Aの立上がりに応答して制御信号φXを“H”に立上げる。また、遅延回路66は、トリガ信号Aを一定時間遅延させて遅延信号DAを出力する。制御信号発生回路60は、遅延信号DAの立上がりに応答して制御信号φXを“L”に立下げる。
On the other hand,
遅延回路66による遅延時間は、リフレッシュされるべきメモリセルにおいてリストア動作が完了するのに十分な時間に予め設定される。この制御信号φXを用いて図1に示される差動増幅回路20が活性化および非活性化される。その結果、メモリセルがリフレッシュされている期間だけ差動増幅回路20が活性化されるので、リフレッシュ時に不必要な電流が流れず、リフレッシュの電流を低減することができる。
The delay time by the
ノーマルサイクル時には、外部から与えられるアドレス信号ADDがアドレスバッファ65を介してメモリアレイMA(図1参照)にアドレス信号ADとして与えられる。
In a normal cycle, an externally applied address signal ADD is applied as an address signal AD to the memory array MA (see FIG. 1) via the
次に、図11および図12を参照しながらCASビッフォアRASリフレッシュサイクル時の動作を説明する。この場合、制御信号発生回路60は、リフレッシュ制御回路61、リフレッシュアドレスカウンタ回路63、アドレスバッファ65、ワード線制御回路66、センスアンプ制御回路67および遅延回路68により制御される。
Next, the operation during the CAS before RAS refresh cycle will be described with reference to FIGS. In this case, the control
ロウアドレスストローブ信号/RASおよびコラムアドレスストローブ信号/CASに応答してCASビッフォアRASリフレッシュサイクルが開始すると、リフレッシュ制御回路61からリフレッシュアドレスカウンタ回路63に活性化信号が与えられる。それにより、リフレッシュアドレスカウンタ回路63が活性化され、アドレスバッファ65にリフレッシュアドレス信号RAが与えられる。
When the CAS before RAS refresh cycle starts in response to the row address strobe signal / RAS and the column address strobe signal / CAS, an activation signal is applied from the
アドレスバッファ65は、このリフレッシュアドレス信号RAに応答してアドレス信号ADをメモリアレイMA(図1参照)に与えるとともに、リフレッシュアドレス信号RAをワード線制御回路66およびセンスアンプ制御回路67に与える。その結果、ワード線制御回路66はワード線制御信号RXを出力し、センスアンプ制御回路67はセンスアンプ活性化信号SEを出力する。遅延回路68は、センスアンプ活性化信号SEを一定時間遅延させて遅延信号SEDを出力する。
制御信号発生回路60は、ワード線制御信号RXの立上がりに応答して制御信号φXを“H”に立上げ、遅延信号SEDの立上がりに応答して制御信号φXを“L”に立下げる。遅延回路68による遅延時間は、リフレッシュされるべきメモリセルのリストア動作が完了するのに十分な時間に設定される。この制御信号φXを用いて差動増幅回路20が活性化および非活性化される。
Control
このようにして、メモリセルがリフレッシュされている間だけ差動増幅回路20が活性化されるので、リフレッシュ時に不必要な電流が流れず、リフレッシュ時の電流を低減することができる。
In this way, since the
図9〜図12の制御動作は、図35に示される内部降圧回路1bにも適用することができる。この場合にも、リフレッシュ時の電流を低減することができる。 The control operations of FIGS. 9 to 12 can also be applied to the internal voltage down converting circuit 1b shown in FIG. Also in this case, the current during refresh can be reduced.
(e) バーンインモード設定回路50の詳細(図13〜図15)
図13に、バーンインモード設定回路50の詳細な構成を示す。バーンインモード設定回路50はPチャネルMOSトランジスタQ50を含む。トランジスタQ50はドライバ回路30のトランジスタQ35と並列に接続されている。トランジスタQ50のゲートにはバーンインモード設定信号BVDが与えられる。
(E) Details of burn-in mode setting circuit 50 (FIGS. 13 to 15)
FIG. 13 shows a detailed configuration of the burn-in
ノーマルモード時には、バーンインモード設定信号BVDが“H”となる。それにより、トランジスタQ50はオフする。このとき、差動増幅回路20には、活性化信号ACTとして制御信号φXが与えられる。それにより、ドライバ回路30により内部電源電圧IVccが供給される。
In the normal mode, the burn-in mode setting signal BVD becomes “H”. Thereby, the transistor Q50 is turned off. At this time, the control signal φX is supplied to the
バーンインモード試験時には、バーンインモード設定信号BVDが“L”となる。それにより、トランジスタQ50がオンする。したがって、外部電源電圧Vccが内部電源線L2に直接与えられる。その結果、Vcc=IVccとなる。このとき、活性化信号ACTは“L”となる。それにより、差動増幅回路20は非活性化され、差動増幅回路20の出力は“H”となる。したがって、トランジスタQ35はオフする。
During the burn-in mode test, the burn-in mode setting signal BVD becomes “L”. Thereby, transistor Q50 is turned on. Therefore, external power supply voltage Vcc is directly applied to internal power supply line L2. As a result, Vcc = IVcc. At this time, the activation signal ACT becomes “L”. As a result, the
図14に、バーンインモード設定回路50の他の例を示す。バーンインモード設定回路50はNチャネルMOSトランジスタQ51およびインバータ51を含む。トランジスタQ51はドライバ回路30のトランジスタQ35のゲートと接地端子との間に接続される。トランジスタQ51のゲートにはインバータ51を介してバーンインモード設定信号BVDが与えられる。
FIG. 14 shows another example of the burn-in
ノーマルモード時には、バーンインモード設定信号BVDが“H”になり、トランジスタQ51がオフする。それにより、差動増幅回路20およびドライバ回路30がフィードバックループを構成し、内部電源電圧IVccが供給される。
In the normal mode, the burn-in mode setting signal BVD becomes “H”, and the transistor Q51 is turned off. Thereby,
バーンインモード時には、バーンインモード設定信号BVDが“L”となり、トランジスタQ51がオンする。それにより、ドライバ回路30のトランジスタQ35がオンし、外部電源電圧Vccが直接内部電源線L2に供給される。
In the burn-in mode, the burn-in mode setting signal BVD becomes “L” and the transistor Q51 is turned on. Thereby, transistor Q35 of
図15に、内部電源電圧IVccの特性を示す。バーンインモード時には外部電源電圧Vccと内部電源電圧IVccとが等しくなるので、各回路素子に必要以上に過電圧が印加されることがない。また、プロセスパラメータの変動にかかわらず、各回路素子に正確な電圧を印加することができるので、精度および再現性の良いバーンイン試験を行なうことができる。 FIG. 15 shows the characteristics of the internal power supply voltage IVcc. Since the external power supply voltage Vcc and the internal power supply voltage IVcc are equal in the burn-in mode, an excessive voltage is not applied to each circuit element more than necessary. In addition, since an accurate voltage can be applied to each circuit element regardless of variations in process parameters, a burn-in test with high accuracy and reproducibility can be performed.
このバーンインモード設定回路50は、図35に示される半導体装置に適用することも可能である。この場合にも、精度および再現性の良いバーンイン試験を行なうことができる。
This burn-in
(f) バーンインモード設定信号発生回路70の詳細(図16〜図21)
図16に、バーンインモード設定信号発生回路70の一例を示し、図17および図18にバーンインモードセットサイクルおよびバーンインモードリセットサイクルの信号波形図をそれぞれ示す。
(F) Details of burn-in mode setting signal generation circuit 70 (FIGS. 16 to 21)
FIG. 16 shows an example of burn-in mode setting
まず、バーンインモードセットサイクルを説明する。タイミングジェネレータ71は、ロウアドレスストローブ信号/RASの立下がり時点でコラムアドレスストローブ信号/CASおよびライトイネーブル信号/WEが“L”であると、カウンタリセットパルスφAを発生する。これにより、nビットカウンタ72がカウントを開始する。
First, the burn-in mode set cycle will be described. The
nビットカウンタ72の入力としてコラムアドレスストローブ信号/CASが与えられる。コラムアドレスストローブ信号/CASを“H”および“L”に変化させる動作が2n 回繰り返されると、nビットカウンタ72から出力されるカウンタ信号φCが“H”に立上がる。カウンタ信号φCの立上がりに応答して、バッファ73から出力されるバーンインモード設定信号BVDが“L”に立下がる。
As an input of n-
次に、バーンインモードリセットサイクルを説明する。ロウアドレスストローブ信号/RASの立下がり時点でコラムアドレスストローブ信号/CASが“L”でありかつライトイネーブル信号/WEが“H”であると、タイミングジェネレータ71がカウンタリセットパルスφBを発生する。それにより、nビットカウンタ72がリセットされ、カウンタ信号φCが“L”に立下がる。カウンタ信号φCの立下がりに応答して、バッファ73から出力されるバーンインモード設定信号BVDが“H”に立上がる。
Next, the burn-in mode reset cycle will be described. If the column address strobe signal / CAS is “L” and the write enable signal / WE is “H” at the fall of the row address strobe signal / RAS, the
このように、上記の例では、4MビットDRAMにおいてJEDECで標準化されたWCBR(WE・CASビッフォアRAS)テストモードセットサイクルを基礎として外部コラムアドレスストローブ信号/CASのトグリングによってバーンインモードがセットされ、CBR(CASビッフォアRAS)サイクルまたはROR(RASオンリーリフレッシュ)サイクルによりバーンインモードがリセットされる。 Thus, in the above example, the burn-in mode is set by toggling the external column address strobe signal / CAS based on the WCBR (WE / CAS before RAS) test mode set cycle standardized by JEDEC in the 4M bit DRAM, and the CBR. The burn-in mode is reset by the (CAS before RAS) cycle or the ROR (RAS only refresh) cycle.
上記の例では、タイミング方式によりバーンインモードの設定を行なうことができるので、バーンイン試験時にバーイン装置に複数の電源が要求されない。したがって、バーインモードの設定を安価に行なうことができる。バーンインモード設定のためのタイミングは上記のタイミングには限られないが、製品スペックに通常記述されていないタイミング、すなわちノーマルサイクルのタイミングとは区別できるタイミングを選択する必要がある。 In the above example, since the burn-in mode can be set by the timing method, a plurality of power sources are not required for the burn-in device during the burn-in test. Therefore, the burn-in mode can be set at a low cost. The timing for setting the burn-in mode is not limited to the above timing, but it is necessary to select a timing that is not normally described in the product specification, that is, a timing that can be distinguished from the timing of the normal cycle.
図19にバーンインモード設定信号発生回路70の他の例を示し、図20および図21にバーンインモードセットサイクルおよびバーンインモードリセットサイクルの信号波形図をそれぞれ示す。
FIG. 19 shows another example of the burn-in mode setting
まず、バーンインモードセットサイクルを説明する。高電圧検出回路76は任意のアドレス端子に縦続接続されたn段のNチャネルMOSトランジスタQ71〜Q7nを含む。ロウアドレスストローブ信号/RASの立下がり時点でコラムアドレスストローブ信号/CASおよびライトイネーブル信号/WEが“L”であると、タイミングジェネレータ74はクロックパルスφDを発生する。このとき、アドレス端子に高電圧(Vcc+n・Vth)が与えられていると、信号φEが“H”となっている。バッファ75は、クロックパルスφDの立上がり時に信号φEが“H”であると、バーンインモード設定信号BVDを“L”に立下げる。
First, the burn-in mode set cycle will be described. High
次に、バーンインモードリセットサイクルを説明する。ロウアドレスストローブ信号/RASの立下がり時点でコラムアドレスストローブ信号/CASが“L”でありかつライトイネーブル信号/WEが“H”であると、タイミングジェネレータ74はクロックパルスφFを発生する。バッファ75は、クロックパルスφFの立上がりに応答してバーンインモード設定信号BVDを“H”に立上げる。
Next, the burn-in mode reset cycle will be described. If the column address strobe signal / CAS is “L” and the write enable signal / WE is “H” at the fall of the row address strobe signal / RAS, the
上記の例では、製品スペックにおける外部電源電圧Vccよりも高く設定された高電圧の1つまたは複数のアドレス端子への印加とWCBRテストモードセットサイクルとの組合わせにより、バーンインモード設定信号が発生される。 In the above example, a burn-in mode setting signal is generated by combining the application of a high voltage set to be higher than the external power supply voltage Vcc in the product specifications to one or more address terminals and the WCBR test mode set cycle. The
バーンインモードセットサイクル以外のときには、そのアドレス端子には高電圧ではなく通常の高レベルまたは低レベルの電圧が“H”または“L”として与えられる。通常の高レベルの電圧の代わりに、“H”として高電圧が与えられてもよい。 In other than the burn-in mode set cycle, a normal high level or low level voltage is applied to the address terminal as “H” or “L” instead of a high voltage. Instead of the normal high level voltage, the high voltage may be given as “H”.
また、バーンインモードセットサイクルで、アドレス端子を用いる代わりにたとえばデータ入力端子に与える高レベルの電圧を上記の高電圧に設定してもよい。 Further, in the burn-in mode set cycle, instead of using the address terminal, for example, a high level voltage applied to the data input terminal may be set to the above high voltage.
(2) 第2の実施例(図22〜図25)
(a) 全体構成および概略動作(図22)
図22は、第2の実施例による半導体装置の構成を示すブロック図である。この半導体装置CHは、2つの内部降圧回路1A,1Bを含む。内部降圧回路1Aは外部電源電圧Vccを内部電源電圧IVcc1に降圧し、それを周辺回路4に供給する。内部降圧回路1Bは、外部電源電圧Vccを内部電源電圧IVcc2に降圧し、それをDRAM3に供給する。活性化信号発生回路60aは、2つの活性化信号ACT1,ACT2を発生する。内部降圧回路1Aの差動増幅回路20は活性化信号ACT1により制御され、内部降圧回路1Bの差動増幅回路20は活性化信号ACT2により制御される。
(2) Second embodiment (FIGS. 22 to 25)
(A) Overall configuration and schematic operation (FIG. 22)
FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment. This semiconductor device CH includes two internal step-down
図23に示すように、活性化信号発生回路60aは、ロウアドレスストローブ信号/RASおよびコラムアドレスストローブ信号/CASおよびセンスアンプ活性化信号SEに応答して、活性化信号ACT1,ACT2を発生する。
As shown in FIG. 23, activation
次に、図24を参照しながらノーマルモードのノーマルサイクル時の動作を説明する。ロウアドレスストローブ信号/RASの立下がりに応答して活性化信号ACT1が“H”に立上がる。それにより、内部降圧回路1A内の差動増幅回路20が活性化される。その後、センスアンプ活性化信号SEが“H”に立上がり、その立上がりに応答して、活性化信号ACT2が“H”に立上がる。それにより、内部降圧回路1B内の差動増幅回路20が活性化される。
Next, the operation in the normal cycle of the normal mode will be described with reference to FIG. In response to the fall of row address strobe signal / RAS, activation signal ACT1 rises to "H". Thereby, the
活性化信号ACT2は一定時間の経過後“L”に立下がる。これにより、内部降圧回路1B内の差動増幅回路20が非活性化される。活性化信号ACT2が“H”である時間は、センスアンプ系電流を補償するために必要な時間に予め設定されている。
The activation signal ACT2 falls to “L” after a predetermined time has elapsed. Thereby, the
ロウアドレスストローブ信号/RASが“H”に立上がると、活性化信号ACT1が“L”に立下がる。これにより、内部降圧回路1A内の差動増幅回路20が非活性化される。
When row address strobe signal / RAS rises to "H", activation signal ACT1 falls to "L". Thereby, the
次に、図25を参照しながらノーマルモードのCASビッフォアRASリフレッシュサイクル時の動作を説明する。ロウアドレスストローブ信号/RASの立下がりに応答して活性化信号ACT1が“H”に立上がる。それにより、内部降圧回路1A内の差動増幅回路20が活性化される。その後、センスアンプ活性化信号SEが“H”に立上がり、その立上がりに応答して、活性化信号ACT2が“H”に立上がる。それにより、内部降圧回路1B内の差動増幅回路20が活性化される。
Next, the operation during the CAS-before-RAS refresh cycle in the normal mode will be described with reference to FIG. In response to the fall of row address strobe signal / RAS, activation signal ACT1 rises to "H". Thereby, the
その後、センスアンプ活性化信号SEが“L”に立下がる。その立下がりに応答して、活性化信号ACT1が“L”に立下がり、活性化信号ACT2が“L”に立下がる。それにより、内部降圧回路1A内の差動増幅回路20が非活性化され、内部降圧回路1B内の差動増幅回路20が非活性化される。
Thereafter, the sense amplifier activation signal SE falls to “L”. In response to the fall, activation signal ACT1 falls to "L", and activation signal ACT2 falls to "L". As a result, the
このようにして、CASビッフォアRASリフレッシュサイクルにおいて、消費電力を低減することができる。 In this way, power consumption can be reduced in the CAS before RAS refresh cycle.
(3) 内部降圧回路1の他の例(図26〜図27)
図26は、内部降圧回路1の他の例を示すブロック図である。この内部降圧回路1においては、レベルシフト回路90の出力振幅を増幅するための増幅回路100がさらに設けられている。増幅回路100の出力は差動増幅回路20に与えられる。この増幅回路100は、基準電圧VR1により制御される。
(3) Other examples of internal voltage down converter 1 (FIGS. 26 to 27)
FIG. 26 is a block diagram showing another example of the internal voltage down converting
図27に、図26の内部降圧回路1の一部分の詳細な構成を示す。差動増幅回路20、ドライバ回路30およびレベルシフト回路90の構成は、図41に示される構成と同様である。ただし、差動増幅回路20のトランジスタQ31のゲートには活性化信号ACTが与えられる。増幅回路100は、PチャネルMOSトランジスタQ101,Q102およびNチャネルMOSトランジスタQ103,Q104からなるカレントミラー回路である。トランジスタQ103のゲートには基準電圧VR1が与えられ、トランジスタQ104のゲートはレベルシフト回路90のノードN6に接続される。NチャネルMOSトランジスタQ105のゲートには活性化信号ACTが与えられる。
FIG. 27 shows a detailed configuration of a part of the internal voltage down converting
次に、図27の回路の動作を説明する。内部電源電圧IVccが4V以下のときには、レベルシフト回路90の出力は2.4V以下になり、基準電圧VR1よりも低くなる。それにより、増幅回路100のノードN7の出力は約1〜2Vの“L”になる。
Next, the operation of the circuit of FIG. 27 will be described. When the internal power supply voltage IVcc is 4V or less, the output of the
内部電源電圧IVccが4V以上のときには、レベルシフト回路90の出力は2.4V以上になり、基準電圧VR1よりも高くなる。それにより、増幅回路100のノードN7の出力は、約4V〜5Vの“H”となる。増幅回路100により、レベルシフト回路90の出力電圧の振幅が増幅されるので、内部降圧回路の感度が向上する。
When the internal power supply voltage IVcc is 4V or higher, the output of the
この内部降圧回路は、図1に示される半導体装置のみならず、図35に示される半導体装置にも適用することができる。 This internal voltage down converter can be applied not only to the semiconductor device shown in FIG. 1, but also to the semiconductor device shown in FIG.
(4) 内部電源線L2のモニタ方法(図28〜図34)
図28は、外部電源電圧Vccを受ける外部電源線L1および内部電源電圧IVccを受ける内部電源線L2を備えた半導体装置のチップch上の構成を示す模式図である。図28に示すように、外部電源線L1は、電源パッドpVccに接続される。信号または所定の電位を受ける任意のパッドpaと内部電源線L2との間にモニタ回路110が接続される。パッドpaは外部ピンに接続される。
(4) Method for monitoring internal power supply line L2 (FIGS. 28 to 34)
FIG. 28 is a schematic diagram showing a configuration on a chip ch of a semiconductor device including an external power supply line L1 receiving external power supply voltage Vcc and an internal power supply line L2 receiving internal power supply voltage IVcc. As shown in FIG. 28, external power supply line L1 is connected to power supply pad pVcc. A
(a) 第1のモニタ方法(図29)
モニタ回路110は、NチャネルMOSトランジスタQN1〜QN3を含む。トランジスタQN1〜QN3は外部ピンEPと内部電源線L2との間に直列に接続される。トランジスタQN1〜QN3のしきい値電圧をVthとする。
(A) First monitoring method (FIG. 29)
まず、外部電源電圧Vccを受ける電源ピンと接地電位を受ける接地ピンとの間に流れるスタンドバイ電流を測定する。そして、電源ピンと接地ピンとの間を流れる電流をモニタしながら、外部ピンEPの電位を徐々に上昇させる。電源ピンと接地ピンとの間に流れる電流が上昇し始めたときの外部ピンEPの電位をVEXTとすると、内部電源線L2の電位VINTは次式から算出される。 First, the standby current flowing between the power supply pin that receives the external power supply voltage Vcc and the ground pin that receives the ground potential is measured. Then, the potential of the external pin EP is gradually increased while monitoring the current flowing between the power supply pin and the ground pin. Assuming that the potential of the external pin EP when the current flowing between the power supply pin and the ground pin starts to rise is VEXT, the potential VINT of the internal power supply line L2 is calculated from the following equation.
VINT=VEXT−3・Vth
したがって、内部電源線L2を直接プロービングすることなく、その電位をモニタすることができる。
VINT = VEXT-3 ・ Vth
Therefore, the potential of the internal power supply line L2 can be monitored without directly probing.
(b) 第2のモニタ方法(図30)
モニタ回路110は、NチャネルMOSトランジスタQN4,QN5を含む。トランジスタQN4,QN5は定電圧源Vと任意の外部ピンEPとの間に直列に接続される。定電圧源Vは、たとえば外部電源電圧Vccを受ける電源ピンである。トランジスタQN4のゲートは内部電源線L2に接続される。トランジスタQN5のゲートには特殊モード信号発生回路111から特殊モード信号φが与えられる。
(B) Second monitoring method (FIG. 30)
特殊モード発生回路111は、ロウアドレスストローブ信号/RAS、コラムアドレスストローブ信号/CASおよびライトイネーブル信号/WEに応答して特殊モード信号φを発生する。トランジスタQN4,QN5のしきい値電圧をVthとする。
Special
まず、定電圧源Vおよび外部ピンEPの電位を5Vに設定し、特殊モード信号φの電位を7Vに設定する。そして、外部ピンEPと定電圧源Vとの間を流れる電流をモニタしながら、外部ピンEPの電位を徐々に下降させる。外部ピンEPと定電圧源Vとの間に電流が流れ始めたときの外部ピンEPの電位をVEXTとすると、内部電源線L2の電位VINTは次式により算出される。 First, the potential of the constant voltage source V and the external pin EP is set to 5V, and the potential of the special mode signal φ is set to 7V. Then, while monitoring the current flowing between the external pin EP and the constant voltage source V, the potential of the external pin EP is gradually lowered. Assuming that the potential of the external pin EP when current starts to flow between the external pin EP and the constant voltage source V is VEXT, the potential VINT of the internal power supply line L2 is calculated by the following equation.
VINT=VEXT+Vth
したがって、内部電源線L2を直接プロービングすることなく、その電位をモニタすることができる。
VINT = VEXT + Vth
Therefore, the potential of the internal power supply line L2 can be monitored without directly probing.
(c) 第3のモニタ方法(図31)
モニタ回路110は、PチャネルMOSトランジスタQP1を含む。トランジスタQP1は内部電源線L2と任意の外部ピンEPとの間に接続される。トランジスタQP1のゲートには特殊モード信号φが与えられる。NチャネルMOSトランジスタQN6は内部回路内の1つのトランジスタである。
(C) Third monitoring method (FIG. 31)
特殊モード信号φの電位を0Vに設定すると、トランジスタQP1がオンし、外部ピンEPと内部電源線L2とが電気的に接続される。したがって、外部ピンEPの電位VEXTをモニタすることにより、内部電源線L2の電位VINTを次式により算出することができる。 When the potential of special mode signal φ is set to 0 V, transistor QP1 is turned on, and external pin EP and internal power supply line L2 are electrically connected. Therefore, by monitoring the potential VEXT of the external pin EP, the potential VINT of the internal power supply line L2 can be calculated by the following equation.
VINT=VEXT
したがって、内部電源線L2を直接プロービングすることなく、その電位をモニタすることができる。
VINT = VEXT
Therefore, the potential of the internal power supply line L2 can be monitored without directly probing.
(d) 第4のモニタ方法(図32)
モニタ回路110は、NチャネルMOSトランジスタQN7およびPチャネルMOSトランジスタQP2を含む。トランジスタQN7は任意の外部ピンEP1と任意の外部ピンEP2との間に接続される。トランジスタQP2は内部電源線L2とトランジスタQN7のゲートとの間に接続される。トランジスタQP2のゲートには特殊モード信号φが与えられる。
(D) Fourth monitoring method (FIG. 32)
トランジスタQN7のしきい値電圧をVthとする。特殊モード信号φの電位を0Vに設定すると、トランジスタQP2がオンし、トランジスタQN7のゲートに内部電源線L2の電位が印加される。外部ピンEP1の電位を5Vに設定する。外部ピンEP1と外部ピンEP2との間に流れる電流をモニタしながら、外部ピンEP2の電位を徐々に下降させる。そして、外部ピンEP1と外部ピンEP2との間に電流が流れ始めたときの外部ピンEP2の電位をVEXTとすると、内部電源線L2の電位VINTは次式により算出される。 The threshold voltage of transistor QN7 is set to Vth. When the potential of special mode signal φ is set to 0 V, transistor QP2 is turned on, and the potential of internal power supply line L2 is applied to the gate of transistor QN7. The potential of the external pin EP1 is set to 5V. While monitoring the current flowing between the external pin EP1 and the external pin EP2, the potential of the external pin EP2 is gradually lowered. Then, assuming that the potential of the external pin EP2 when current starts to flow between the external pin EP1 and the external pin EP2, the potential VINT of the internal power supply line L2 is calculated by the following equation.
VINT=VEXT+Vth
したがって、内部電源線L2を直接プロービングすることなく、その電位をモニタすることができる。
VINT = VEXT + Vth
Therefore, the potential of the internal power supply line L2 can be monitored without directly probing.
(e) 第5のモニタ方法(図33)
モニタ回路110は、NチャネルMOSトランジスタQN8を含む。トランジスタQN8は、内部電源線L2と任意の外部ピンEPとの間に接続される。トランジスタQN8のゲートには特殊モード信号φが与えられる。NチャネルMOSトランジスタQN9は内部回路内の1つのトランジスタである。
(E) Fifth monitoring method (FIG. 33)
特殊モード信号φの電位を7Vに設定すると、トランジスタQN8がオンし、外部ピンEPと内部電源線L2とが電気的に接続される。したがって、外部ピンEPの電位VEXTを測定することにより、内部電源線L2の電位VINTは次式により算出される。 When the potential of special mode signal φ is set to 7V, transistor QN8 is turned on, and external pin EP and internal power supply line L2 are electrically connected. Therefore, by measuring the potential VEXT of the external pin EP, the potential VINT of the internal power supply line L2 is calculated by the following equation.
VINT=VEXT
したがって、内部電源線L2を直接プロービングすることなく、その電位をモニタすることができる。
VINT = VEXT
Therefore, the potential of the internal power supply line L2 can be monitored without directly probing.
(f) 第6のモニタ方法(図34)
モニタ回路110は、NチャネルMOSトランジスタQN10およびPチャネルMOSトランジスタQP3を含む。トランジスタQN10およびトランジスタQP3は内部電源線L2と任意の外部ピンEPとの間に直列に接続される。トランジスタQN10はダイオード接続される。トランジスタQP3のゲートには特殊モード信号φが与えられる。NチャネルMOSトランジスタQN11は内部回路内の1つのトランジスタである。トランジスタQN10のしきい値電圧をVthとする。
(F) Sixth monitoring method (FIG. 34)
まず、特殊モード信号φの電位を0Vに設定すると、トランジスタQP3がオンし、内部電源線L2と外部ピンEPとがトランジスタQN10を介して接続される。したがって、外部ピンEPの電位VEXTを測定することにより、内部電源線L2の電位VINTは次式により算出される。 First, when the potential of the special mode signal φ is set to 0 V, the transistor QP3 is turned on, and the internal power supply line L2 and the external pin EP are connected via the transistor QN10. Therefore, by measuring the potential VEXT of the external pin EP, the potential VINT of the internal power supply line L2 is calculated by the following equation.
VINT=VEXT+Vth
したがって、内部電源線L2を直接プロービングすることなく、その電位をモニタすることができる。
VINT = VEXT + Vth
Therefore, the potential of the internal power supply line L2 can be monitored without directly probing.
上述した図31の第3のモニタ方法ではPチャネルMOSトランジスタQP1を用いたため、内部電源線L2の電位VINTがそのまま外部ピンEPに出力されており、また、図33の第5のモニタ方法ではNチャネルMOSトランジスタQN8のゲートに7Vの特殊モード信号φを与えているため、内部電源線L2の電位VINTがそのまま外部ピンEPに出力されている。しかしながら、PチャネルMOSトランジスタを最終段に用いたり、高い電圧をトランジスタのゲートに与えることはあまり好ましくない。図29の第1のモニタ方法、図30の第2のモニタ方法、図32の第4のモニタ方法、および図34の第6のモニタ方法では内部電源線L2の電位VINTがトランジスタのしきい値電圧Vthだけ降下してしまうが、このトランジスタのしきい値電圧Vthが既知であれば、計算により内部電源線L2の電位VINTを算出することができる。 In the third monitoring method of FIG. 31 described above, since the P-channel MOS transistor QP1 is used, the potential VINT of the internal power supply line L2 is output as it is to the external pin EP, and in the fifth monitoring method of FIG. Since a special mode signal φ of 7V is applied to the gate of channel MOS transistor QN8, potential VINT of internal power supply line L2 is output as it is to external pin EP. However, it is not preferable to use a P-channel MOS transistor in the final stage or to apply a high voltage to the gate of the transistor. In the first monitoring method of FIG. 29, the second monitoring method of FIG. 30, the fourth monitoring method of FIG. 32, and the sixth monitoring method of FIG. 34, the potential VINT of the internal power supply line L2 is the threshold value of the transistor. Although the voltage Vth drops, if the threshold voltage Vth of this transistor is known, the potential VINT of the internal power supply line L2 can be calculated by calculation.
上記の第1〜第6のモニタ方法は、図1の半導体装置に限らず、内部電源線を有する種々の半導体装置に適用することができる。 The first to sixth monitoring methods described above can be applied not only to the semiconductor device of FIG. 1 but also to various semiconductor devices having internal power supply lines.
なお、特殊モード信号発生回路111の構成として、図16または図19に示される構成と同様の構成を用いることができる。
Note that as the configuration of the special mode
1 内部降圧回路、3 DRAM、4 周辺回路、10 基準電圧発生回路、20 差動増幅回路、30 ドライバ回路、40 nチャネルドライバ回路、45 基準電圧発生回路、50 バーンインモード設定回路、60 制御信号発生回路、70 バーンインモード設定信号発生回路、80 活性化信号発生回路、L1 外部電源線、L2 内部電源線、P1 電源端子、P2 接地端子、1A,1B 内部降圧回路、60a 活性化信号発生回路、90 レベルシフト回路、100 増幅回路、110 モニタ回路、pVcc 電源パッド、pa パッド、Vcc 外部電源電圧、IVcc 内部電源電圧、ACT 活性化信号、φX 制御信号、BVD バーンインモード設定信号、ACT1,ACT2 活性化信号、VR1,VR2 基準電圧。 1 internal voltage down converter, 3 DRAM, 4 peripheral circuit, 10 reference voltage generation circuit, 20 differential amplifier circuit, 30 driver circuit, 40 n-channel driver circuit, 45 reference voltage generation circuit, 50 burn-in mode setting circuit, 60 control signal generation Circuit, 70 burn-in mode setting signal generation circuit, 80 activation signal generation circuit, L1 external power supply line, L2 internal power supply line, P1 power supply terminal, P2 ground terminal, 1A, 1B internal step-down circuit, 60a activation signal generation circuit, 90 Level shift circuit, 100 amplifier circuit, 110 monitor circuit, pVcc power supply pad, pa pad, Vcc external power supply voltage, IVcc internal power supply voltage, ACT activation signal, φX control signal, BVD burn-in mode setting signal, ACT1, ACT2 activation signal , VR1, VR2 reference voltage.
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 In the drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
Claims (11)
前記外部ピンに与える電圧を変化させ、
前記外部電源電圧と固定電圧との間に流れるスタンドバイ電流を検知し、
前記スタンドバイ電流が上昇しはじめる際の前記外部ピンの電圧に基づいて前記内部電源電圧を測定する、内部電源線の電圧のモニタ方法。 The voltage of the internal power supply line is monitored in a semiconductor device comprising an internal power supply line to which an internal power supply voltage is applied, an external pin, and voltage transmission means for forming an electrical path between the external pin and the internal power supply line. A method,
Change the voltage applied to the external pin,
Detecting a standby current flowing between the external power supply voltage and a fixed voltage;
A method for monitoring a voltage of an internal power supply line, wherein the internal power supply voltage is measured based on a voltage of the external pin when the standby current starts to rise.
前記スタンドバイ電流が上昇しはじめる際の前記外部ピンの電圧および前記トランジスタの既知のしきい値電圧に基づいて前記内部電源線の電圧を算出する、請求項1記載の内部電源線の電圧のモニタ方法。 The voltage transfer means includes at least one diode-connected transistor having a known threshold voltage;
2. The voltage of the internal power supply line according to claim 1, wherein the voltage of the internal power supply line is calculated based on a voltage of the external pin when the standby current starts to rise and a known threshold voltage of the transistor. Method.
前記内部電源線の電圧をVINTとし、前記検知した外部ピンの電圧をVEXTとし、前記トランジスタのしきい値電圧をVthとした場合に、前記内部電源線の電圧は、VINT=VEXT−n・Vthの数式に基づいて算出される、請求項3記載の内部電源線の電圧のモニタ方法。 The voltage transmission means includes n transistors.
When the internal power line voltage is VINT, the detected external pin voltage is VEXT, and the threshold voltage of the transistor is Vth, the internal power line voltage is VINT = VEXT−n · Vth. The method for monitoring the voltage of the internal power supply line according to claim 3, wherein the voltage is calculated based on the formula:
前記第1および第2の外部ピンに予め定められた所定の電圧を与え、
前記第2の外部ピンに与えられた電圧を降下させ、
前記第1の外部ピンと前記第2の外部ピンとの間に電流が流れ始めるのを検出する、内部電源線の電圧のモニタ方法。 Conduction when the voltage of the first and second external pins, the internal power supply line to which the internal power supply voltage is applied, and the voltage of the second external pin are lower than the internal power supply voltage by a predetermined threshold voltage A method of monitoring a voltage of the internal power supply line in a semiconductor device including a switching element to be in a state,
Applying a predetermined voltage to the first and second external pins;
Dropping the voltage applied to the second external pin;
A method for monitoring a voltage of an internal power supply line, wherein a current starts to flow between the first external pin and the second external pin.
外部電源電圧を受けて前記内部電源線に供給する内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、
外部ピンと、
前記外部ピンと前記内部電源線との間で電気的経路を形成する電圧伝達手段とを備え、
試験モードにおいて、前記外部電源電圧と固定電圧との間に流れるスタンドバイ電流を検知し、前記外部ピンに電圧を与えて前記スタンドバイ電流が上昇しはじめる際の前記外部ピンの電圧に基づいて前記内部電源電圧を測定することを可能とする、半導体装置。 An internal power line,
An internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage to be supplied to the internal power supply line;
An external pin,
Voltage transmission means for forming an electrical path between the external pin and the internal power line,
In the test mode, a standby current flowing between the external power supply voltage and a fixed voltage is detected, and the voltage is applied to the external pin, based on the voltage of the external pin when the standby current starts to rise. A semiconductor device capable of measuring an internal power supply voltage.
外部電源電圧を受けて前記外部電源電圧よりも低い内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、
前記内部電源電圧が供給される内部電源線と、
前記内部電源線の電圧の電圧伝達手段とを備え、
前記電圧伝達手段は、
前記外部ピンと前記内部電源線との間に設けられ、ゲート電極とドレイン電極とが結合されるダイオード接続されたトランジスタを少なくとも1つ含み、
各前記トランジスタは、前記内部降圧回路を構成するトランジスタと同じ既知のしきい値電圧を有し、
前記外部ピンと前記トランジスタのドレイン電極とが結合され、前記内部電源線と前記トランジスタのソース電極とが結合される、半導体装置。 An external pin,
An internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage;
An internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied;
Voltage transmission means for the voltage of the internal power line,
The voltage transmission means is
Including at least one diode-connected transistor provided between the external pin and the internal power line and having a gate electrode and a drain electrode coupled to each other;
Each of the transistors has the same known threshold voltage as the transistors constituting the internal step-down circuit,
The semiconductor device, wherein the external pin and the drain electrode of the transistor are coupled, and the internal power supply line and the source electrode of the transistor are coupled .
前記内部電源電圧が供給される内部電源線と、
前記内部電源線の電圧の電圧伝達手段と、
前記内部電源線の電圧の測定専用に用いられる単一の外部ピンとを備え、
前記電圧伝達手段は、
指示信号に応答して導通するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を介して前記外部電源電圧と前記外部ピンとの間に設けられ、前記内部電源線とゲート電極とが電気的に結合され、前記外部ピンの電圧が前記内部電源電圧よりも所定のしきい値電圧だけ低い電圧になった場合に導通状態となるように接続されたトランジスタとを含み、
所定の機能を有する周辺回路と、
前記周辺回路で用いられる外部から入力される複数の制御信号に基づいて前記指示信号を生成する信号生成回路とをさらに備える、半導体装置。 An internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage;
An internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied;
Voltage transmission means for the voltage of the internal power line;
A single external pin used exclusively for measuring the voltage of the internal power line,
The voltage transmission means is
A switch element that conducts in response to the instruction signal;
The switch is provided between the external power supply voltage and the external pin through the switch element, the internal power supply line and the gate electrode are electrically coupled, and the voltage of the external pin is lower than the internal power supply voltage. Including a transistor connected to become conductive when the voltage is lowered by a threshold voltage,
A peripheral circuit having a predetermined function;
A semiconductor device further comprising: a signal generation circuit that generates the instruction signal based on a plurality of externally input control signals used in the peripheral circuit .
外部電源電圧を受けて前記外部電源電圧よりも低い内部電源電圧を生成する内部降圧回路と、
前記内部電源電圧が供給される内部電源線と、
前記内部電源線の電圧の電圧伝達手段とを備え、
前記電圧伝達手段は、
指示信号に応答して導通するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を介して前記内部電源線とゲート電極との間が結合され、ソース電極およびドレイン電極は、前記第1および第2の外部ピンとそれぞれ結合され、前記第1の外部ピンに所定電圧が与えられた場合に前記第2の外部ピンが前記内部電源電圧よりも所定のしきい値電圧だけ低い電圧になった場合に導通状態となるように接続されたトランジスタとを含み、
所定の機能を有する周辺回路と、
前記周辺回路で用いられる外部から入力される複数の制御信号に基づいて前記指示信号を生成する信号生成回路とをさらに備える、半導体装置。 First and second external pins;
An internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage;
An internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied;
Voltage transmission means for the voltage of the internal power line,
The voltage transmission means is
A switch element that conducts in response to the instruction signal;
The internal power supply line and the gate electrode are coupled via the switch element, the source electrode and the drain electrode are coupled to the first and second external pins, respectively, and a predetermined voltage is applied to the first external pin. A transistor connected to become conductive when the second external pin is at a voltage lower than the internal power supply voltage by a predetermined threshold voltage when given,
A peripheral circuit having a predetermined function;
A semiconductor device further comprising: a signal generation circuit that generates the instruction signal based on a plurality of externally input control signals used in the peripheral circuit .
前記内部電源電圧が供給される内部電源線と、
前記内部電源線の電圧の電圧伝達手段と、
前記内部電源線の電圧の測定専用に用いられる単一の外部ピンとを備え、
前記電圧伝達手段は、
指示信号に応答して導通するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子を介して前記内部電源線と前記外部ピンとの間に配置され、ダイオード接続されたトランジスタとを含み、
前記トランジスタは、内部降圧回路を構成するトランジスタと同じ既知のしきい値電圧を有し、
所定の機能を有する周辺回路と、
前記周辺回路で用いられる外部から入力される複数の制御信号に基づいて前記指示信号を生成する信号生成回路とをさらに備える、半導体装置。 An internal step-down circuit that receives an external power supply voltage and generates an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage;
An internal power supply line to which the internal power supply voltage is supplied;
Voltage transmission means for the voltage of the internal power line ;
A single external pin used exclusively for measuring the voltage of the internal power line,
The voltage transmission means is
A switch element that conducts in response to the instruction signal;
A diode-connected transistor disposed between the internal power supply line and the external pin via the switch element;
The transistor has the same known threshold voltage as the transistor constituting the internal step-down circuit,
A peripheral circuit having a predetermined function;
Further Ru and a signal generation circuit for generating the instruction signal based on the plurality of control signals input from the outside to be used in the peripheral circuit, the semiconductor device.
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