JPS60152048A - 半導体装置の内部バイアス発生回路 - Google Patents

半導体装置の内部バイアス発生回路

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JPS60152048A
JPS60152048A JP59007955A JP795584A JPS60152048A JP S60152048 A JPS60152048 A JP S60152048A JP 59007955 A JP59007955 A JP 59007955A JP 795584 A JP795584 A JP 795584A JP S60152048 A JPS60152048 A JP S60152048A
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ring oscillator
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generation circuit
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Yasushi Sakui
康司 作井
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is DC
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/205Substrate bias-voltage generators

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、リングオシレータとチャージポンプ回路を用
いた半導体装置の内部バイアス発生回路 ・に関する。
[光間の技術的背景とその問題点〕 従来、7集積回路の内部バイアス発生回路例えば、基板
バイアス発生回路にリングオシレータが用いられている
。第1図に従来の基板バイアス発生回路を示す。1はM
OSインバータを複数段接続したリングオシレータ、2
aおよび21)はクロックジェネレータ、3aa>よび
311はチト−シボンプ回路である。
第1図において、ドレン電源電圧V。0とソース電源電
圧Vssとが投入されると、リングオシレータ1が動作
する。位相がほぼ180°3aう2種類のリングオシレ
ータ出力ψ。どφ8をクロンクジエネレータ2aと2 
bにそれぞれパフノすると、クロックジェネレータ2a
、2bの各出力ノードNaどN bの出力波形は位相が
ほぼ180°追って出力される。このため、チト−ジボ
ンプ回路の38と31+のコンデン膏すCaとCklは
、交互に充ti+i電を繰り返し、基板バイアス発生回
路の出力電圧VBBを一定に保つように働く。
しかしながら、東伯回銘基板の電圧は、集積回路動作時
に大きく変動する。その原因の−っに基板と配線に用い
ている不純物拡散層との容量結合があげられる。例えば
MO8−DR,AMの場合、アクティブナイクルのセン
スアンプ動作峙に、配線に用いているN十の不純物拡散
層の電圧が急激に高いレベルから低いレベルに変動する
。このため、P型基板の電圧もPN接合の容量結合によ
り低くなる。第1図に示したような従来の基板バイアス
発生回路では、基板の電圧が変動しても、イれに追従し
て、リングオシレータの光拡周波数はあまり変化しない
ために、基板の電圧が基準電圧に復帰するのに時間がか
かった。このため、周辺回路のMOSFETのしきいI
II圧が変動し、回路の動作スピードも変動し、誤動作
を10いたり、信頼性をそこねる等の問題か生じていた
また、従来の基板バイアス発生回路においては、電源投
入時に、リングオシレータのドライバトランジスタのし
きい値電圧が低いために、パワーオンカレン[・という
電流が急激に流れる現像が起こる。このため、リングオ
シレータが発振しなくなる問題があった。
[発明の目的コ 本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、信頼性
の高い半導体装置の内部バイアス発生回路を提供づるこ
とを目的とする。
[発明の概要] 本発明は、リングオシレータの負荷MO8FETのゲー
トの入力電圧を制御することによってリングオシレータ
の発振周波数を制御し、このリングオシレータを用いた
内部バイアス発生回路において、例えば変動の少ない内
部パイ?ス出力電圧を得るようにしたものである。
[発明の効果コ 本発明の内部バイアス発生回路を用い、その出力電圧で
リンクオシレータの負荷M OS F E Tのグー[
・を制御Jるように構成づれば、内部バイアス光土回路
の出力電圧が基準電圧から変動すると、リングオシレー
タの発振周波数が変化し、それにより、内部バイアス発
生回路の動作スピードが変化し、すぐに、出力電圧を基
準電圧にもどすことが可能となった。また、前記内部バ
イアス発生回路の出力電圧の基lK!−電圧は、前記リ
ングオシレータのインバータを構成覆る負荷M OS 
F E Tのグー1〜の入力電圧を変え、リンクオシレ
ータの光拡周波数を変えることにより、簡単に制御でき
るようになった。これにより、信頼性の高い、低消費電
流の内部バイアス発生回路の実現が可能となった。さら
に、基板バイアス発生回路においては、電源投入時に前
記パワーオンカレン1〜が減少し、確実に基板バイアス
発生回路は動作するようになった。
[発明の実施例] 本発明の詳細な説明に先立ら、本発明におけるリングオ
シレータの発振周波数制御の方式を図面を用いて以下に
述べる。
第2図はそのようなリンクオシレータの一例を示す回路
図であり、第3図はその各ノードのタイミング波形であ
る。
第2図は、各M OSインバータの負荷MO8FETを
2個とし、その一方のグー1〜は共通のノードAに接続
されていて、他方のゲートはドレン電源電圧V。0に接
続され、常に導通状態にある。
即ち、ノードAの制御電圧が低くて負荷IVI OS 
FET−Q221.Q222.Q22B、Q224゜Q
225が非導通状態にあっても、第3図のように、リン
グオシレータは低周波で動作している。
しかし、ノードAの電圧が高くなると、負荷MO8FE
T−Q221.Q222.Q223゜Q224 、 Q
225は導通状態になり、ドライバMO8FET−02
t + 、()”z’!2 、Q2 lB 。
Q214 、Q21sのグー1〜の充放電は速く行なわ
れ、リングオシレータは高周波で動作するようになる。
このように、ノードAの電圧を制御することにより、負
荷コンダクタンスを制御して、リングオシレータの発振
周波数を簡単に変えることができる。
第4図は、第2図の構成に加えて更に負荷MO8FET
−0241、Q242 、・・・、Q245を設けた例
であり、ノードAの電圧とノードBの電圧の両方の制御
電圧によって、リングオシレータの発振周波数を制御す
る場合である。
以上のように、リングオシレータの負荷M O5FET
のグー1−を制御することによって、その発振周波数を
適当に変化させることができる。
なお、第2図、第4図でゲートを■。0に接続した負荷
MO8FET Q231.Q232.・・・。
Q235はDタイプ、EDタイプいずれでもよいし、ま
たこれがなくてもよい。更にインバータが0MO8で作
られている場合も有効である。
以上のようなリングオシレータを用いた本発明の内部バ
イアス発生回路の一実施例を第5図を用いて説明する。
第5図の内部バイアス発生回路は、リングオシレータ5
1と、その出力によって制御されるチャージポンプ回路
を含む電圧発生回路52およびその出力レベルを検知す
るレベル検知回路53からなる。そしてリングオシレー
タ51のMOSインバータを構成する負荷MO8F E
 T−QS 2. s 。
Q522.・・・、QS2Sのグー1− Aがレベル検
知回路53の出力により制御されるようになっている。
このような構成とすれば、電圧発生回路52の出力変動
に応じてリングオシレータ51の発振周波数が制御され
て、例えば電圧発生回路52の出力変動を補償するよう
な動作が行なわれる。
第5図において、レベル検知回路53を省いて電圧発生
回路52の出力を直接、リングオシレータ52の負荷M
O8FETのグー1〜Aに入力するようにしてもよい。
また、グー1− Aを独立にクロック発生器で制御して
、必要な時間だけ電圧発生回路52を動作させたり、あ
るいはその出力電圧VAを任意の値に制御したりするこ
ともできる。
第6図は本発明を基板バイアス発生回路に適用した具体
的実施例である。
第1図と対応する部分には第1図と同一符号を付して詳
細な説明は省く。第1図と異なる点は。
リングオシレータ1の負荷MO8FETのグー1−に、
チャージポンプ回路3a 、3bの基板バイアス出ノr
’F15圧VE18を直接入力していることである。
この基板バイアス発生回路は、NチレンネルMO8集積
回路の場合、定常動作時に基板バイアス電圧VgBが負
の値を示す。そしてもし、V6゜がより負の方向に変動
したとすると、リングオシレータの負荷MO8F E 
Tのコンダクタンスを下げる方向に動き、この結果、リ
ングオシレータ1の周波数が低くなってチャージポンプ
回路3a。
311のボンピング能力を低下させ、速やかにVseを
定常状態に復帰させるように働く。又プリチャージ初期
においてはVBBが零であり、この、I−六1」ンゲオ
シレータ1の@荷M (’) S F F Tは定常状
態より高コンダクタンスにあるため高い発振周波数で発
振を開始し、従って速やかにVE3Bが負方向に変化す
るように働らく。この結果、電源投入時のパワーオンカ
レントが少なく、信頼性の高い基板バイアス発生回路と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の基板バイアス発生回路を示す図、第2図
は本発明におけるリングオシレータの発振周波数制御方
式の一例を説明するための図、第3図はその各ノード電
圧波形を示す図、第4図は他の制御方式を説明するため
の図、第5図は本発明の一実施例の内部バイアス発生回
路を示す図、第6図は基板バイアス発生回路に適用した
実施例を示す図である。 1・・・リングオシレータ、2a 、 2b・・・クロ
ックジェネレータ、3a、3b・・・チャージポンプ回
路、51・・・リングオシレータ、52・・・電圧発生
回路。 53・・・レベル検知回路。 出願人代理人 弁理士 鈴江弐〇

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (111Jtfif2の〜10Sインバータにより構成
    されるリングオシレータと、このリングオシレータの出
    力により駆動されるチャージポンプ回路とを有する半導
    体装置の内部バイアス光生回銘において、前記リングオ
    シレータを構成するMOSインバータの負荷ハ・l08
    FETのグーi〜を制御する手段を備えたことを特徴と
    する半導体装置の内部バイアス発生回路。 (2) 前記負荷M OS F E Tのゲートを制御
    する手段(ま、前記チャージポンプ回路の出力電圧レベ
    ルを検知づる回路を備え、このレベル検知回路の出力に
    より前記負荷M OS F E Tのゲートを制御する
    ものである特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の内
    部バイアス発生回路。 (3) 面記チを・−ジポンブ回路は基板バイアス電圧
    を出力するものであり、この基板バイアス電圧を直接前
    記負荷MO8FETのゲートに供給するようにした特許
    請求の範囲第1項記載の半導体装置の内部バイアス発生
    回路。
JP59007955A 1984-01-20 1984-01-20 半導体装置の内部バイアス発生回路 Expired - Lifetime JPH0620177B2 (ja)

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