JPH06215563A - セルプレート電圧初期セットアップ回路 - Google Patents
セルプレート電圧初期セットアップ回路Info
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Abstract
も、高速な立ち上げが可能でしかも、待機時の電力損失
を大幅に減らすことができるセルプレート電圧初期セッ
トアップ回路を提供する。 【構成】セルプレートノードVcpに出力端子が接続さ
れた駆動能力の大きい第1電圧発生器2と、該第1電圧
発生器2より駆動能力の小さい第2電圧発生器3と、上
記第1電圧発生器2と電源Vcc間に第1スイッチング
素子MP2を接続する構成と、上記第2電圧発生器3の
出力側とVcpノード間に第2スイッチング素子MP3
とMN3を接続する構成と、上記Vcpノードとクロッ
ク信号CLK1に入力が接続されその出力が上記第1お
よび第2スイッチング素子の制御端子に接続された制御
信号発生器4を備え、かつ、該制御信号発生器4は、上
記セルプレートの初期充電時は上記第1電圧発生器2が
Vcpノードに接続されて充電を行い、所定レベルまで
充電した後の待機状態では、上記第1電圧発生器2を切
離し上記第2電圧発生器3によりVcpノードに電圧を
与える手段を備えることとする。
Description
Random Access Memory)のセルキャパシタのプレー
ト(Plate)電極を充電する初期セットアップ(Set-u
p)回路に係り、特に大容量DRAMの高速立ち上げ、
待機(Stand-by)時の低損失化に好適な初期セットア
ップ回路に関する。
シタのプレート電極を(1/2)Vcc(Vccは電源
電圧)でプリーチャージさせて動作させるようになる
が、DRAMに電源電圧が印加され各部の電圧が安定に
されるまでは、セルプレートをグラウンド状態に維持し
ておいて、その後にセルプレートの電圧発生器を動作さ
せてセルプレートに電圧を印加していたものである。こ
のような従来技術においては、図5に示したような回路
を使用してセルプレートを充電していた。同図に示すよ
うに、従来の回路は、セルプレート電圧発生器1と、セ
ルプレート電圧発生器1の出力をVcp端子(セルプレ
ート電極に接続されている電極端子)に接続したり切離
したりする作用をするスイッチングトランジスタMN
1、MP1と、Vcp端子を接地するスイッチングトラ
ンジスタMN2で構成されている。図6は従来の回路の
動作を説明するためのタイミング図である。P信号は、
電源電圧が印加される状態を表わすものであり、P−U
信号は、電源電圧が印加されて安定な状態になるとハイ
になり、バックバイアス電圧発生器(Back Bias Vol
tage Generator)のVbb電圧がセットアップされる
と、再びローになる信号である。ここにバックバイアス
電圧とは半導体基板のバイアス電圧である。このP−U
信号がハイになっている間、Aノードとセルプレート端
であるVcpノードはMN1およびMP1によって切離
され、VcpノードはMN2によって接地状態に維持さ
れる。
Mのメモリ容量が増加するにつれてセルが多くなり、セ
ルキャパシタのプレート電極の全キャパシタンスは増加
する。それ故、すべてのセルプレートを速い時間内に充
電させるためには、駆動能力の大きいドライバーが必要
になる。しかし、駆動能力の大きいドライバーは待機状
態においても継続して動作させなければならないので、
待機時の電力損失が大きくならざるを得えなかった。本
発明の目的は、セルプレートの全キャパシタンスが増加
しても、高速な立ち上げが可能でしかも、待機時の電力
損失を大幅に減らすことができるセルプレート電圧初期
セットアップ回路を提供することにある。
め、本発明では、例えば図1に示すように、セルプレー
トノードVcpに出力端子が接続された駆動能力の大き
い第1電圧発生器2と、該第1電圧発生器2より駆動能
力の小さい第2電圧発生器3と、上記第1電圧発生器2
と電源Vcc間に第1スイッチング素子MP2を接続す
る構成と、上記第2電圧発生器3の出力側とVcpノー
ド間に第2スイッチング素子MP3とMN3を接続する
構成と、上記Vcpノードとクロック信号CLK1に入
力が接続されその出力が上記第1および第2スイッチン
グ素子の制御端子に接続された制御信号発生器4を備
え、かつ、該制御信号発生器4は、上記セルプレートの
初期充電時は上記第1電圧発生器2がVcpノードに接
続されて充電を行い、所定レベルまで充電した後の待機
状態では、上記第1電圧発生器2を切離し上記第2電圧
発生器3によりVcpノードに電圧を与える手段を備え
ることとする。ここで、上記制御信号発生器4として
は、Vcpノードに接続されてVcpノードの電圧状態
に従って論理信号を発生するVcpセンサ44と、該V
cpセンサ44の出力信号とクロック信号CLK1との
入力により、第1および第2スイッチング素子にスイッ
チング制御信号を出力するRSラッチ回路5を備える構
成とすればよい。
では、例えば図3に示すように、駆動能力の大きい第1
電圧発生器2と、該第1電圧発生器2より駆動能力の小
さい第2電圧発生器3と、クロック信号CLK1とセル
プレートVcpからの所定の電圧レベルを受けることに
よりスイッチ素子を制御する制御信号を発生させる制御
信号発生器4と、上記第1電圧発生器2の出力端子は第
3スイッチング素子MN4とMP4、および第4スイッ
チング素子MP5とMN5を介して上記セルプレートV
cpに直列に接続する構成と、上記第2電圧発生器3の
出力端子は第2スイッチング素子MP6とMN6を介し
てセルプレートVcpに接続する構成と、上記クロック
信号CLK1により上記第3スイッチング素子を制御す
るとともに、上記制御信号発生器4の制御信号によって
上記第2スイッチング素子および第4スイッチング素子
を制御する構成を備え、かつ、上記制御信号発生器4
は、上記セルプレートの初期充電時は上記第1電圧発生
器2がVcpノードに接続されて充電を行い、所定レベ
ルまで充電した後の待機状態では、上記第1電圧発生器
2を切離し上記第2電圧発生器3によりVcpノードに
電圧を与える手段を備えることとする。なお、本発明に
おいては、上記第3のスイッチング素子と第4のスイッ
チング素子との接続点を外部への出力端子に接続するこ
とにより、Vcpノードとは別の上記出力端子に上記第
1電圧発生器の出力電圧を適用し、これを利用すること
ができる利点がある。本発明の構成の場合に、上記制御
信号発生器としては、Vcpノードに接続されてVcp
ノードの電圧状態に従って論理信号を発生するVcpセ
ンサ44と、上記Vcpセンサ44の出力信号とクロッ
ク信号CLK1との入力により、第4および第2スイッ
チング素子にスイッチング制御信号を出力するRSラッ
チ回路5を備える構成とすれはよい。
の大きい電圧発生器を使用して所定レベルに充電させ、
待機状態では、駆動能力の小さい電圧発生器だけで動作
させるようにしたものである。すなわち、初期セットア
ップ時に、駆動能力の大きい電圧発生器をセルプレート
ノードVcpに接続することにより、メモリ容量が大き
く、セルプレートノードVcpの全キャパシタンスが大
きい場合でも高速にセルプレートノードVcpの電圧を
立ち上げることが可能になる。またこの立ち上げにより
セルプレートノードVcpの電圧が所定の電圧に上昇し
て待機状態に達した時点で駆動能力の大きい電圧発生器
をセルプレートノードVcpから切離し、比較的に小さ
い容量の電圧発生器に切り替え接続することにより、待
機状態における電力損失を大幅に減少させることが可能
になる。これらの電圧発生器のセルプレートノードVc
pへの接続、切り替え、電圧印加は回路構成要素として
のスイッチング素子のターンオン、ターンオフ制御によ
り行う。そしてこの制御のタイミングを、制御信号発生
器がクロック信号CLK1やセルプレートノードVcp
の電圧の入力信号を基礎に、その出力信号により制御す
るものである。その細部動作の説明は次項の実施例の説
明で明らかであると思われる。
ある。図1に示すように、第1電圧発生器2は第1スイ
ッチング素子MP2を介して電源Vccに接続され、一
方、その第1電圧発生器2の出力端子はVcpノードに
接続される。また、第2電圧発生器3の出力端子は第2
スイッチング素子MP3、MN3を介してVcpノード
に接続される。制御信号発生器4については、第1入力
41がVcpノードに接続され、第2入力42がクロッ
ク信号CLK1に接続され、その出力信号43である制
御信号は第2スイッチング素子MN3の制御電極に接続
され、またノアゲートNOR3とインバータInv4を
介して第1スイッチング素子MP2の制御電極に接続さ
れる。そして制御信号発生器4の制御信号としての出力
信号43aは第2スイッチング素子MP3の制御電極に
接続される。また制御信号発生器4は、Vcpノードに
接続されてVcpノードの電圧変化を検出するVcpセ
ンサ44と、Vcpセンサの出力をインバータInv1
を介してR入力端子に受け、クロック信号CLK1をS
入力端子に受けるRSラッチ回路5と、このラッチのQ
*(Hノード)およびQ(Bノード)出力に接続された
バッファ用インバータInv2、Inv3とで構成され
る。
明するためのタイミング図である。
圧初期セットアップ回路の動作を次に説明する。P信号
は、図6におけるように、電源電圧Vccの印加される
状態を表わす波形であり、一方、CLK1信号は、P信
号と共にハイに増加し、バックバイアス電圧発生器のV
bb電圧がセットアップされると、ローに落ちる。もし
CLK1信号がハイ状態ならば、Eノードはローにな
り、Fノードはハイになり、MP2がオフ状態にある。
CLK1がローに変わると、MP2がターンオン状態に
なり、Vcc電圧が第1電圧発生器2に印加され動作を
始めてVcpノードを充電させるようになる。Vcpノ
ードの電圧が図2のVcp信号波形のように増加し始め
て所定のレベルに上昇すると、Vcpセンサがハイ状態
からローに落ちるようになり、RSラッチ回路5のR入
力にハイが入力されてリセットされ、CノードとDノー
ドの論理レベルが互いに反対になる。すなわち、ハイレ
ベルにあったものはローレベルになり、ローレベルにあ
ったものはハイレベルに変る。RSラッチのS入力端子
にCLK1が入力されてセットされている場合は、Cノ
ードはハイ状態、Dノードはロー状態になり、第2スイ
ッチング素子MP3、MN3がターンオフ状態になる。
また、RSラッチのR入力端子にVcpセンサからの出
力がインバータInv1を介して入力されると、RSラ
ッチがリセットされてCノードがローになりDノードが
ハイに変って、第2スイッチング素子がターンオンされ
て第2電圧発生器がVcpノードに接続される。また、
Dノードがハイになると、Eノードはローに、Fノード
はハイになって第1スイッチング素子がターンオフさ
れ、第1電圧発生器が駆動されないようになる。
ットアップ回路の第2実施例である。この実施例におい
ては第1電圧発生器が連続的に駆動され、Vcpノード
以外にも電圧を供給するように構成したものである。こ
こで、第2電圧発生器3の接続は第1実施例と同じであ
り、第1電圧発生器2の出力端子が第3のスイッチング
素子MN4とMP4および第4のスイッチング素子MP
5とMN5を介してVcpノードに接続される。そして
第3のスイッチング素子はクロック信号CLK1によっ
て制御され、第4のスイッチング素子は制御信号発生器
4の出力43によって制御される。
が図4である。この実施例では、第1電圧発生器は電源
が投入される時点から駆動されて出力電圧を発生する
が、CLK1信号がハイ状態にある間は第3スイッチン
グ素子がターンオフ状態にあるので、第1電圧発生器は
VoutノードおよびVcpノードの両方から切り離さ
れている。しかし、CLK1信号がローレベルになる
と、第3スイッチング素子がターンオンされてVout
ノードに電圧が供給される。この状態のもとで、制御信
号発生器の出力は、Cノードがハイ、Dノードがロー状
態であるので、第4スイッチング素子はオン状態にな
り、VcpノードにもVoutと同じ電圧が供給されて
セルプレートを充電する。Vcpノード電圧が所定レベ
ルに増加するようになると、第1実施例で説明したよう
に、RSラッチがリセットされてCとDノードの論理レ
ベルが変るので、第4スイッチング素子はターンオフに
なり第2スイッチング素子はターンオンされて、第2電
圧発生器はVcpノードに継続的に接続されるようにな
る。図4は、Vcpノードの波形が上昇したことに伴っ
てCとDノードのタイミングパターンが変化される現象
を示している。第1および第2実施例でVcpノードは
CLK1信号がハイになっている間はMOSトランジス
タによって接地されていることは従来の技術と同じであ
る。
きな駆動能力の電圧発生器によって初期のセットアップ
が行われるので、メモリ容量の増加に伴ってプレート電
極のキャパシタンスはたとえ増加しても、セットアップ
時間は大幅に減少できるとともに待機時間における電力
損失も減らすことができる。
Claims (4)
- 【請求項1】半導体メモリセルキャパシタのプレート電
極を初期に所定の電圧に充電させるためのセルプレート
電圧初期セットアップ回路において、 セルプレートノードVcpに出力端子が接続された駆動
能力の大きい第1電圧発生器と、 該第1電圧発生器より駆動能力の小さい第2電圧発生器
と、 上記第1電圧発生器と電源Vcc間に第1スイッチング
素子を接続する構成と、 上記第2電圧発生器の出力側とVcpノード間に第2ス
イッチング素子を接続する構成と、 上記Vcpノードとクロック信号CLK1に入力が接続
されその出力が上記第1および第2スイッチング素子の
制御端子に接続された制御信号発生器を備え、かつ、 該制御信号発生器は、上記セルプレートの初期充電時は
上記第1電圧発生器がVcpノードに接続されて充電を
行い、所定レベルまで充電した後の待機状態では、上記
第1電圧発生器を切離し上記第2電圧発生器によりVc
pノードに電圧を与える手段を備えることを特徴とする
セルプレート電圧初期セットアップ回路。 - 【請求項2】セルプレートを初期に所定の電圧に充電す
るためのセルプレート電圧初期セットアップ回路におい
て、 駆動能力の大きい第1電圧発生器と、 該第1電圧発生器より駆動能力の小さい第2電圧発生器
と、 クロック信号とセルプレートからの所定の電圧レベルを
受けることによりスイッチ素子を制御する制御信号を発
生させる制御信号発生器と、 上記第1電圧発生器の出力端子は第3スイッチング素子
と第4スイッチング素子を介して上記セルプレートに直
列に接続する構成と、 上記第2電圧発生器の出力端子は第2スイッチング素子
を介してセルプレートに接続する構成と、 上記クロック信号CLK1により上記第3スイッチング
素子を制御するとともに、上記制御信号発生器の制御信
号によって上記第2スイッチング素子および第4スイッ
チング素子を制御する構成を備え、かつ、 上記制御信号発生器は、上記セルプレートの初期充電時
は上記第1電圧発生器がVcpノードに接続されて充電
を行い、所定レベルまで充電した後の待機状態では、上
記第1電圧発生器を切離し上記第2電圧発生器によりV
cpノードに電圧を与える手段を備えることを特徴とす
るセルプレート電圧初期セットアップ回路。 - 【請求項3】請求項1記載のセルプレート電圧初期セッ
トアップ回路において、上記制御信号発生器が、 Vcpノードに接続されてVcpノードの電圧状態に従
って論理信号を発生するVcpセンサと、 上記Vcpセンサの出力信号とクロック信号との入力に
より、第1および第2スイッチング素子にスイッチング
制御信号を出力するRSラッチ回路を備えることを特徴
とするセルプレート電圧初期セットアップ回路。 - 【請求項4】請求項2記載のセルプレート電圧初期セッ
トアップ回路において、上記制御信号発生器が、 Vcpノードに接続されてVcpノードの電圧状態に従
って論理信号を発生するVcpセンサと、 上記Vcpセンサの出力信号とクロック信号CLK1と
の入力により、第4および第2スイッチング素子にスイ
ッチング制御信号を出力するRSラッチ回路を備えるこ
とを特徴とするセルプレート電圧初期セットアップ回
路。
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