JPH0554673A - 基準電位発生回路 - Google Patents

基準電位発生回路

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JPH0554673A
JPH0554673A JP3212543A JP21254391A JPH0554673A JP H0554673 A JPH0554673 A JP H0554673A JP 3212543 A JP3212543 A JP 3212543A JP 21254391 A JP21254391 A JP 21254391A JP H0554673 A JPH0554673 A JP H0554673A
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    • H03K17/22Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied
    • H03K17/223Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【構成】2ΔVTP電位発生回路9で、電源電圧VCCが所
定の電圧以上の通常動作時の基準電圧VREF を出力させ
る。これとは別に、パワーオン信号発生回路6および2
|VTP|電位発生回路7を設ける。電源が投入された直
後の電源電圧VCCが低い時には、これらの回路で出力端
3を駆動し、出力端3に電源電圧VCCに等しい電位が出
力されるようにする。 【効果】低電源電圧時には、他の回路の動作に対する保
証能力に優れ、しかも通常動作時には、S/N比の良好
な基準電圧VREF を発生し安定に動作する基準電圧発生
回路を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基準電位発生回路に関
し、特に、外部からの電源電圧を内部で降圧して使用す
る型のメモリのような半導体集積回路に用いられる基準
電位発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体メモリなどの半導体集積回
路(以降集積回路と記す)においては、消費電力を低減
し高密度集積化を図るために、外部から供給された電源
電圧をチップ内部で降圧し、基準電位を発生させてこれ
を電源として使用することが多くなってきている。
【0003】この種の集積回路における従来の基準電位
発生回路の一例の回路図を図5(a)に示す。図5
(a)を参照すると、この基準電位発生回路では、ΔV
TP電位発生回路1でしきい値電圧が異なる2つのPチャ
ンネルMOS電界効果型トランジスタ(以後PMOSと
記す)のしきい値電圧の差ΔVTPを発生させる。ΔVTP
電位発生回路1で生成された電位V3 (=ΔVTP)は、
コンパレータ2に入力される。基準電位発生回路として
の出力端3は、コンパレータ2からの出力をゲートに受
けるPMOSトランジスタQ3 によって駆動される。出
力端3から出力される基準電位VREF は、抵抗R1 およ
びR2 の抵抗値をそれぞれR1 (Ω)およびR2 (Ω)
として、 VREF ={(R1 +R2 )/R2 }V3 (V) … となる。
【0004】ここで、ΔVTP電位発生回路1について説
明しておく。図5(b)は、ΔVTP電位発生回路の一例
の回路図である。図5(b)を参照すると、このΔVTP
電位発生回路では、電源端子4と接地端子5との間に直
列に設けられた3つのPMOSトランジスタQ10,Q11
およびQ12によって、電源電圧VCCよりも、PMOSト
ランジスタのしきい値電圧の大きさ|VTP|の2倍だけ
下がった電位が生成される。この電位は、能力が等しい
3つのPMOSトランジスタQ13,Q16およびQ20のゲ
ートに入力される。PMOSトランジスタQ13,Q16
よびQ20はゲート電位が等しいので、それぞれのソース
・ドレイン間電流が一致する。
【0005】更に、PMOSトランジスタQ20に直列に
設けられたNチャンネルMOS電界効果型トランジスタ
(以後NMOSトランジスタと記す)Q21とNMOSト
ランジスタQ19においても、それぞれのトランジスタの
能力を等しくしてあり且つゲートが共通であるので、そ
れぞれのソース・ドレイン間電流が一致する。
【0006】すなわち、PMOSトランジスタQ13に直
列に接続されたPMOSトランジスタQ14と、PMOS
トランジスタQ16に直列に接続されたPMOSトランジ
スタQ17を含め、PMOSトランジスタQ13,Q14,Q
16,Q17およびQ20並びにNMOSトランジスタQ19
よびQ21のソース・ドレイン間電流は全て一致する。
【0007】このような回路構成において、PMOSト
ランジスタQ14のしきい値電圧の大きさを、他のPMO
Sトランジスタのしきい値電圧よりも大きくしておく。
すると、電源電圧VCCがPMOSトランジスタQ14のし
きい値電圧よりも大きくなれば、このΔVTP電位発生回
路1の出力電位V3 は、2つのPMOSトランジスタQ
14およびQ17しきい値電圧の差をΔVTPとして、 V3 =ΔVTP(V) となる。
【0008】次に、後の説明の便利のために、上述のよ
うなΔVTP電位発生回路1を有する基準電位発生回路に
おける電源電圧VCCと基準電位VREF との関係を考察し
ておく。図6中に実線で示す直線は、PMOSトランジ
スタQ14およびQ17のしきい値電圧をそれぞれ−VTP14
および−VTP17とし、−VTP14=−1.50(V),−
TP17=−0.75(V)であり、且つR1 :R2
2.55:0.75である時の、電源電圧VCCと基準電
位VREF との関係を示す。
【0009】図5(a),図5(b)および図6を参照
すると、この基準電位発生回路においては、電源電圧V
CCが0(V)から上昇を始め0.75(V)に達する
と、PMOSトランジスタQ13,Q16およびQ20がソー
ス・ドレイン間電流を流し始め、V3 が上昇を始める。
その後、電源電圧VCCが更に上昇して1.50(V)に
達すると、PMOSトランジスタQ14もソース・ドレイ
ン間電流を流し始めて、V3 =ΔVTP=0.75(V)
となる。更に電源電圧VCCが、前述の式で決まる値、
{(R1 +R2 )/R2 }V3 ={(2.55+0.7
5)/0.75}×0.75=3.3(V)以上になる
と、基準電位VREF は、VREF =3.3(V)で一定と
なる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の基準電位発生回路では、互いに異なるしきい値電圧を
持つPMOSトランジスタの、しきい値電圧の差をコン
パレータで差動増幅して基準電位を得る構成となってい
る。
【0011】従って、S/N比の点からいえば、しきい
値電圧の差ΔVTPを大きくして、増幅率を小さくするこ
とが望ましい。ところが、PMOSトランジスタのしき
い値電圧は、トランジスタの構造および製造条件で決ま
ってしまい、それらのしきい値電圧の差には、大きくす
る限度がある。
【0012】しきい値電圧の差を大きくするための別の
方法として、図5(b)に示すようなΔVTP電位発生回
路に回路的な工夫をして大きなしきい値電圧差を得る方
法がある。すなわち、上述したΔVTP電位発生回路で
は、しきい値電圧の差は、PMOSトランジスタQ14
よびQ17のしきい値電圧の差として、ΔVTP=(VTP14
−VTP17)を得ていたが、これらのPMOSトランジス
タを複数段積み重ねて、n(VTP14−VTP17)(但し、
nは積み重ねたPMOSトランジスタの段数)のしきい
値電圧差を得る方法である。
【0013】ところが、従来の基準電位発生回路には、
上述のようにしてしきい値電圧差を大きくすると、電源
を投入した後、電源電圧が所定の値に安定するまでの間
の動作に不都合が生ずるという欠点がある。以下にその
説明を行なう。
【0014】いま、一例として、ΔVTP電位発生回路に
おいて、しきい値電圧差を決めるPMOSトランジスタ
を2段積み重ねたものとする。このようなΔVTP電位発
生回路(以後、2ΔVTP電位発生回路と記す)の回路図
を図7に示す。図7を参照すると、この2ΔVTP電位発
生回路が図5(b)に示すΔVTP電位発生回路と異なる
のは、PMOSトランジスタQ14と接地端子5との間に
PMOSトランジスタQ15が接続されており、更に、P
MOSトランジスタQ17に直列にPMOSトランジスタ
18が接続されていることである。
【0015】この2ΔVTP電位発生回路においては、P
MOSトランジスタQ13,Q16およびQ20とNMOSト
ランジスタQ19およびQ21のそれぞれのソース・ドレイ
ン間電流は、前述のΔVTP電位発生回路の場合と同様
に、全て等しい。そして、電源電圧がある程度以上に上
ると、電位V3 は、PMOSトランジスタQ14,Q15
17およびQ18のしきい値電圧をそれぞれ、−VTP14
−VTP15,−VTP17および−VTP18として、V3 =V
TP14+VTP15−VTP17−VTP18(V)となる。
【0016】このような2ΔVTP電位発生回路を用いる
と、基準電位発生回路としての出力電位と電源電圧VCC
との関係は、図6に破線で示すような関係になる。但
し、この場合には、図5(a)および図7において、P
MOSトランジスタQ12,Q14およびQ15のしきい値電
圧を−1.50(V)とし、その他のPMOSトランジ
スタのしきい値電圧を−0.75Vとしている。つまり
ΔVTP=0.75(V)である。また抵抗値R1 および
2 の比をR1 :R2 =1.8:1.5としている。
尚、PMOSトランジスタQ12のしきい値電圧を高くし
ているのは、消費電流を小さくするためである。
【0017】図5(a),図6および図7を参照する
と、この2ΔVTP電位発生回路によって駆動される出力
端3の基準電位VREF は、PMOSトランジスタQ12
しきい値電圧の大きさと電源電圧VCCとが等しくなる
(VCC=1.5V)と、上昇を始める。そして電源電圧
CCがPMOSトランジスタQ14およびQ15のそれぞれ
のしきい値電圧の大きさの合計値(=3.0V)に等し
くなると、V3 =2ΔVTP=1.5(V)になる。その
後電源電圧VCCが更に上昇して、{(R1 +R2 )/R
2 }V3 ={(1.8+1.5)/1.5}×1.5で
決まる値(=3.3V)以上になると、出力端3の電位
は、VREF =3.3(V)で一定となる。
【0018】ここで、電源電圧VCCが3.0(V)以下
の時の出力の基準電位VREF と電源電圧VCCとの関係を
見てみると、VREF =2(VCC−1.50)(V)とな
る。
【0019】このことは、この基準電位発生回路におい
て、電源がオフ状態からオン状態になった直後の電源電
圧VCCの立ち上りの期間を考えると、この期間での出力
基準電位VREF と電源電圧VCCとの差が、図6から明ら
かなように、ΔVTP電位発生回路が用いられている場合
に比べて大きいことを示している。つまり、2ΔVTP
位発生回路を用いてしきい値電圧差を大きくすること
は、S/N比の点では有利になるが、電源投入後の電源
立ち上りの期間における他の回路の動作に対する保証の
点では不利となる。
【0020】本発明は上述のような従来の基準電位発生
回路の欠点に鑑みてなされたものであって、電源投入時
の他の回路の動作を保証する性能に優れ、しかも電源電
圧が目標出力電位以上になった時にはS/N比が良好で
安定した基準電位を発生する基準電位発生回路を提供す
ることを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明の基準電位発生回
路は、互いに異るしきい値電圧を有するMOS電界効果
型トランジスタを含み、しきい値電圧の差を差動増幅し
て基準電位を得る型の基準電位発生回路であって、外部
から供給される電源電位が予め定められた基準電位の目
標値よりも低い期間、前記外部から供給された電源電位
に等しい電位が出力されるように出力端を駆動する基準
電位駆動回路を備えたことを特徴としている。
【0022】
【実施例】次に本発明の最適な実施例について図面を参
照して説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す回
路図である。図1を参照すると、この実施例は、電源投
入を検知するパワーオン信号発生回路6と、パワーオン
信号PONをゲートに受けて出力端3を駆動する第1ドラ
イブのPMOSトランジスタQ1 と、PMOSトランジ
スタのしきい値電圧の大きさ|VTP|の2倍の電位V2
を生成する2|VTP|電位発生回路7と、電位V2 と出
力の基準電位VREF との大きさを比較するコンパレータ
8と、コンパレータ8の出力をゲートに受けて出力端3
を駆動する第2ドライブのPMOSトランジスタQ
2 と、しきい値が異なる2種類のPMOSトランジスタ
のしきい値電圧の差ΔVTPの2倍の電位V3 を生成する
2ΔVTP電位発生回路9と、出力端3と接地端子5との
間に直列に設けられ、抵抗値がそれぞれR1 (Ω)およ
びR2 (Ω)の抵抗R1 およびR2 と、抵抗R1 および
2 によって抵抗分割された分割点Aの電位と電位V3
とを比較するコンパレータ2と、コンパレータ2の出力
をゲートに受けて出力端3を駆動する、第3ドライブの
PMOSトランジスタQ3 とからなっている。
【0023】ここで、2ΔVTP発生回路9としては、従
来と同じく、図7に示す回路が用いられている。
【0024】次に、2|VTP|電位発生回路7について
図2を参照して説明する。図2を参照すると、この2|
TP|電位発生回路7においては、電源端子4と接地端
子5との間に直列に設けられた3つのPMOSトランジ
スタQ4 ,Q5 およびQ6 により、電源電圧VCCよりも
PMOSトランジスタのしきい値の大きさの2倍だけ低
い電位が生成される。この電位はPMOSトランジスタ
7 のゲートに入力される。そして、このPMOSトラ
ンジスタQ7 のドレインから出力の電位V2 が取り出さ
れる。電位V2 は、接地電位より、2つのPMOSトラ
ンジスタQ8 およびQ9 のしきい値電圧の大きさの合計
分だけ高い電位となっている。
【0025】次に、本実施例において、パワーオン信号
発生回路6によって発生されるパワーオン信号PONは、
図3(a)に示すような電源電圧VCC依存性をもってい
る。すなわち、図3(a)において、電源投入直後、電
源電圧VCCがある一定値(この例では2.0V)に到達
する迄は、パワーオン信号PONの電位は0(V)であ
る。そして電源電圧VCCがこの一定値(=2V)以上で
は、パワーオン信号PONは、電源電圧VCCと等しい電位
をもつ。
【0026】以下に、この実施例の動作について具体的
に説明する。図3(b)は、本実施例の動作を説明する
ための、基準電位VREF と電源電圧VCCとの関係を示す
図である。
【0027】ここで、本実施例では、図2に示す2|V
TP|電位発生回路7において、PMOSトランジスタQ
6 ,Q8 およびQ9 のしきい値電圧を−1.50(V)
としその他のPMOSトランジスタのしきい値電圧を−
0.75(V)としている。又、図7に示す2ΔVTP
位発生回路9においては、前述したと同じに、PMOS
トランジスタQ12,Q14およびQ15のしきい値電圧を−
1.50(V)とし、それ以外のPMOSトランジスタ
のしきい値電圧を−0.75(V)とし、抵抗R1 と抵
抗R2 との比をR1 :R2 =1.8:1.5としてい
る。尚、本実施例において、PMOSトランジスタQ6
およびQ12のしきい値電圧を大きくしているのは、消費
電流を小さくするためである。
【0028】先ず、本実施例において、出力端3が、従
来と同様に、2ΔVTP電位発生回路9からの電位V3
よる第3ドライブだけで駆動されている場合を考える。
【0029】この場合は、基準電位VREF と電源電圧V
CCとの関係が、図3(b)に実線で示すようなものとな
る。すなわち、既に説明したように、電源電圧VCC
3.0(V)以下の時、基準電位VREF は、 VREF =2・(VCC−1.50)(V) となり、基準電位VREF の値が電源電圧VCCの値よりか
なり低くなってしまうので、電源電圧が低い時の他の回
路の動作に対する保証能力が下ってしまう。
【0030】この点をカバーするのが、2|VTP|電位
発生回路7からの電位V2 による第2ドライブである。
第2ドライブにより駆動される出力端3の基準電位V
REF は、図3(b)中に破線で示すように、電源電圧V
CCがMOSトランジスタQ6 のしきい値電圧の大きさ
1.5(V)より上昇すると、 VREF =VCC で駆動され、更に、電源電圧VCCが3.0(V)以上に
上昇した後は、 VREF =3.0(V) で一定となる。
【0031】一方、パワーオン信号発生回路6からのパ
ワーオン信号PONを受けて第1のドライブによって駆動
される出力端の電位は、図3(b)中に一点鎖線で示す
ように、電源電圧VCCがPMOSトランジスタQ1 のし
きい値電圧の大きさ0.75(V)より上昇すると、パ
ワーオン信号PONがハイとなるまで(この例ではVCC
2Vになるまで)、 VREF =VCC である。
【0032】以上をまとめると、本実施例の基準電位発
生回路では、電源電圧VCCが、0.75(V)〈V
CC〈3.30(V)の範囲で、 出力の基準電位が、VREF =VCC 電源電圧VCCが、VCC〉3.30(V)の範囲で、 出力基準電位が、VREF =3.30(V) となる。
【0033】以上のことから、本実施例の基準電位発生
回路は、電源が投入された直後における他の回路の動作
に対する保証能力は従来通り確保し、しかも、電源電圧
が所定の値に達した後でのS/N比の点では優れた性能
を得ていることが分る。
【0034】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。図4は、本実施例における、電位V2 および電位V
3 を得るための回路の回路図である。図4を参照すると
本実施例では、2|VTP|電位発生回路と2ΔVTP電位
発生回路とを別々に用意することをやめ、図7に示す2
ΔVTP電位発生回路と同様の回路で、2ΔVTPの電位V
3 を得る過程で生成される電位を、2|VTP|=V2
して利用しているので回路構成が簡単になっている。
【0035】また、図7に示す回路において、PMOS
トランジスタQ12に替えて抵抗R3 を用いているので、
電源電圧VCCがPMOSトランジスタQ13,Q16および
20のしきい値電圧の大きさ以上に上昇すれば、出力端
3が、電位V2 による第2ドライブによっても電源電源
電圧VCCに等しくなるように駆動される構成になってい
る。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の基準電位
発生回路は、電源電圧が、内部基準電位の目標値より低
い時に、電源電圧と内部基準電位とが等しくなるように
出力端を駆動する回路を備えている。このことにより、
内部基準電位を目標値に設定する回路は、低電源電圧動
作の保証を考慮することなく、電源電圧が、内部基準電
位の目標値より上昇した時のみの性能を考慮して、設計
できる。従って本発明によれば、S/N比が良好で安定
した動作をする優れた性能をもつ基準電位発生回路を提
供することができる。このことは、半導体集積回路の低
消費電力化・高密度化にとって非常に大きな利点であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の回路図である。
【図2】図1に示す回路図における2|VTP|電位発生
回路の回路図である。
【図3】分図(a)は、図1に示す回路図におけるパワ
ーオン信号の電位と、電源電圧との関係を示す図であ
る。分図(b)は、本発明の第1の実施例の動作を説明
するための、出力の基準電位と電源電圧との関係を示す
図である。
【図4】本発明の第2の実施例における、電位V2 およ
び電位V3 を発生する回路の回路図である。
【図5】分図(a)は、従来の基準電位発生回路の回路
図である。分図(b)は、分図(a)における、ΔVTP
電位発生回路の回路図である。
【図6】従来の基準電位発生回路の動作を説明するため
の、出力の基準電位と電源電圧との関係を示す図であ
る。
【図7】従来の基準電位発生回路および本発明の第1の
実施例に用いられる2ΔVTP電位発生回路の回路図であ
る。
【符号の説明】
1 ΔVTP電位発生回路 2,8 コンパレータ 3 出力端 4 電源端子 5 接地端子 6 パワーオン信号発生回路 7 2|VTP|電位発生回路 9 2ΔVTP電位発生回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに異るしきい値電圧を有するMOS
    電界効果型トランジスタを含み、しきい値電圧の差を差
    動増幅して基準電位を得る型の基準電位発生回路であっ
    て、 外部から供給される電源電位が予め定められた基準電位
    の目標値よりも低い期間、前記外部から供給された電源
    電位に等しい電位が出力されるように出力端を駆動する
    基準電位駆動回路を備えたことを特徴とする基準電位発
    生回路。
  2. 【請求項2】 前記基準電位駆動回路が、電源が投入さ
    れたことを検知してパワーオン信号を発生する回路を含
    み、前記パワーオン信号により、外部から供給された電
    源電位に等しい電位が出力されるように出力端を駆動す
    る回路であることを特徴とする請求項1記載の基準電位
    発生回路。
  3. 【請求項3】 前記基準電位駆動回路が、少なくとも一
    つ以上のMOS電界効果型トランジスタのしきい値電圧
    の合計に等しい電位を出力する回路を含み、前記しきい
    値電圧の合計を上限として、外部から供給される電源電
    位に等しい電位が出力されるように出力端を駆動する回
    路であることを特徴とする請求項1記載の基準電位発生
    回路。
  4. 【請求項4】 前記基準電位駆動回路が、請求項2記載
    の基準電位駆動回路および請求項3記載の基準電位駆動
    回路からなることを特徴とする請求項1記載の基準電位
    発生回路。
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