JPS61148700A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS61148700A
JPS61148700A JP59270863A JP27086384A JPS61148700A JP S61148700 A JPS61148700 A JP S61148700A JP 59270863 A JP59270863 A JP 59270863A JP 27086384 A JP27086384 A JP 27086384A JP S61148700 A JPS61148700 A JP S61148700A
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JP
Japan
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voltage
semiconductor device
value
power supply
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP59270863A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Kawajiri
良樹 川尻
Ryoichi Hori
堀 陵一
Kiyoo Ito
清男 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59270863A priority Critical patent/JPS61148700A/en
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Abstract

PURPOSE:To operate a memory LSI stably by providing a reference voltage VL generating circuit in a chip and controlling a change of a voltage value of this VL below a constant value even when a power source voltage is changed. CONSTITUTION:A circuit 8 producing a voltage VL of a reference of an internal operation is disposed. Even when an operation condition from an ordinary operation to an information maintaining operation or from the information maintaining operation to the ordinary operation is changed or a power source voltage from VEXT to VBT or from VBT to VEXT is changed, a change of the VL being the reference of the internal operation is restricted to a range not so as to generate an erroneous operation and the erroneous operation due to a change of the power source voltage is prevented. Thereby, even if the power source voltage is changed by a battery back up operation, a memory LSI stably operating can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置の改良に係り、特に電池バック
アップ動作に好適な半導体記憶装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to improvements in semiconductor memory devices, and particularly to a semiconductor memory device suitable for battery backup operation.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

メモリに代表されるいわゆる情報記憶機能を有する半導
体装置では、これを構成部品として用いる電子装置にお
いて、半導体装置駆動用電源装置などの故障時のいわゆ
る停電状態において、上記の情報記憶機能部に蓄えられ
た情報の消滅の無いことが一般に望まれる。この目的の
ため、通常動作状態の電気的特性と、停電時における情
報保持特性の両者を満足させるだめに、電子装置内に電
池(バッテリ)を設け、上記の停電時にはこの電池によ
って動作電力を供給する、いわゆるバッテリバックアッ
プ方式が採られる。
In a semiconductor device having a so-called information storage function, typified by a memory, in an electronic device using this as a component, in a so-called power outage state when a power supply for driving the semiconductor device or the like fails, the information stored in the information storage function part is It is generally desired that the information stored in the system does not disappear. For this purpose, a battery is installed in the electronic device in order to satisfy both the electrical characteristics during normal operation and the information retention characteristics during a power outage, and this battery supplies operating power during the above power outage. A so-called battery backup method is adopted.

上記のバッテリバックアップ方式では、電池による動作
継続時間を長くするため、半導体装置には情報保持状態
(以下単に情報保持状態と称する場合はこの状態を指す
ものとする)での消費電力が極力小さい必要がある。こ
の情報保持状態の低消費電力特性は、上記停電時のバッ
テリバックアップ方式の時のみでなく、情報のみを長期
に安定して記憶する必安のある場合、あるいは持ち運び
の容易な小形の電子装置において、必要な情報のみを低
消費゛亀カで記憶した状態で装置を持ち運び、任意の場
所で上記記憶した情報を元に各種処理を行なうなどの場
合にも極めて都合がよい。
In the battery backup method described above, in order to extend the battery-powered operation time, the semiconductor device must consume as little power as possible in the information retention state (hereinafter referred to simply as the information retention state). There is. This low power consumption characteristic of the information retention state is useful not only when using the battery backup method in the event of a power outage, but also when it is necessary to store only information stably over a long period of time, or when using small, easily portable electronic devices. It is also very convenient to carry the device around with only the necessary information stored at low consumption and perform various processing based on the stored information at any location.

上記の情報保持状態における消費電力を低減する公知例
として、特開昭58−73096などがあるが、効果的
なバッテリバックアンプ動作を行なわせるためには、さ
らに低消費電力化の必要がある。発明者らは、バッテリ
バックアップ動作に適した極めて微小な消費電力で動作
するメモリ方式の提案を、特願昭58−153308に
て行なった。
A known example of reducing power consumption in the information holding state is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-73096, but in order to perform effective battery back amplifier operation, it is necessary to further reduce power consumption. The inventors proposed a memory system suitable for battery backup operation that operates with extremely low power consumption in Japanese Patent Application No. 58-153308.

第1図(A)は、その概要を示す図であυ、通常動作と
情報保持動作の2動作モードを有し、後者のモードでは
動作電圧を低くして低消費電力化を図り、電池バックア
ップ動作を可能としている例である。同図で1はメモI
J L S Iチップである。
Figure 1 (A) is a diagram showing an overview of the system. It has two operating modes: normal operation and information retention operation. In the latter mode, the operating voltage is lowered to reduce power consumption, and battery backup is performed. This is an example where the operation is possible. In the same figure, 1 is memo I
It is a JLSI chip.

2はメモリセルが行1列の2次元に配列されたメモリセ
ルアレーとそれを駆動する回路部、3は電源配線でVw
Ntはその電圧値を示し、ここでは外部印加電圧Vtx
rが印加される。すなわちVtxr=VxNt となる
。4は入出力信号配線である。5は電池であシ、VIT
はその電圧値である。情報保持状態ではこの電池を電源
としてチップ全体は動作する。6は通常動作時に3から
5へ電流が逆流するのを防止するダイオードである。1
00は通常の動作状態から情報保持状態に移行したこと
を検出する電圧変化検知回路であシ、その結果を101
に信号″′!”もしくは′0″として出方する。なおこ
こでは、LSIチップ内部に上記電圧変化検知回路を設
けているが、同図の破線7で示すような入力端子を設け
、メモIJ L S Iを使用する電子装置内で停電等
の電源異常を検出し、その検出結果を信号として入力し
てもよい。さてこのような回路構成において、同図(B
)に示すように、たとえば外部電源の停電(を源の故障
による停電、故意に電源をオフにした場合の停電など)
などが生じると、3の電圧値VIN〒=VzχテはVa
tの電圧値に向かって徐々に降下する。この電圧が、あ
らかじめ定めた一定の基準電圧たとえばV m c t
 より低くなると(時刻t1 )、電圧変化検知回路1
00は、その出力101にφ璽c(”0″→″′l”に
変化)、φmc(l”→”0”に変化)などの信号を出
力する。すなわち、1ooによって、動作状態が通常状
態から情報保持状態に移行したことを検知する訳である
。101の信号を受けて、回路部2は、情報保持状態へ
動作を切替え、情報の保持に必安な最低に消費電力を低
減する。
2 is a memory cell array in which memory cells are arranged two-dimensionally in rows and columns, and a circuit section that drives it; 3 is a power supply wiring, and Vw
Nt indicates the voltage value, here externally applied voltage Vtx
r is applied. That is, Vtxr=VxNt. 4 is an input/output signal wiring. 5 is a battery, VIT
is its voltage value. In the information retention state, the entire chip operates using this battery as a power source. 6 is a diode that prevents current from flowing backward from 3 to 5 during normal operation. 1
00 is a voltage change detection circuit that detects the transition from the normal operating state to the information retention state, and the result is 101.
The voltage change detection circuit is provided inside the LSI chip, but an input terminal as shown by the broken line 7 in the same figure is provided, and the memo IJ It is also possible to detect a power supply abnormality such as a power outage in an electronic device that uses LSI, and input the detection result as a signal.
), for example, an external power outage (power outage due to power source failure, power outage caused by intentionally turning off the power, etc.)
etc., the voltage value VIN〒=Vzχ te is Va
The voltage gradually decreases toward the voltage value of t. This voltage is set to a predetermined constant reference voltage, for example, V m c t
When the voltage becomes lower (time t1), the voltage change detection circuit 1
00 outputs signals such as φc (changes from "0" to "'l") and φmc (changes from l" to "0") to its output 101. In other words, 1oo causes the operating state to change to normal. In response to the signal 101, the circuit unit 2 switches the operation to the information retention state and reduces power consumption to the minimum necessary for information retention. .

3の電圧V I N tは時刻t1からさらに低下する
が、v!1丁の電圧になるとダイオード6(順方向電圧
はOvと仮定)がオン、すなわち5がも電力が供給され
、3の電圧VrNrはVatで停止し、その後この1.
圧で情報保持動作を継続する。一方、停電の復帰もしく
は電源の投入により、3の電圧Vr+vtが上昇して、
一定の基準電圧Vac 2より高くなると、φMe、φ
11cなどの信号を元の通常動作状態のようにそれぞれ
復帰させる。これにょシ、回路部2を元の通常動作状態
に戻す方式である。
3 voltage V I N t further decreases from time t1, but v! When the voltage of 1.1 is reached, diode 6 (assuming the forward voltage is Ov) is turned on, that is, power is also supplied to 5, the voltage of 3 stops at Vat, and then this 1.
The information retention operation is continued by pressure. On the other hand, when the power outage returns or the power is turned on, the voltage Vr+vt of 3 increases,
When it becomes higher than a certain reference voltage Vac 2, φMe, φ
11c, etc., respectively, are restored to their original normal operating states. This method returns the circuit section 2 to its original normal operating state.

さてこのように動作電圧を低下して低消費電力化を図り
、電池バックアップを行なうDRAMにおいては、通常
動作から電池バックアップ動作に、あるいは電池バック
アップ動作から通常動作に切シ換わる際の電圧の変化時
間が大きくなったシ、あるいは速くなると、メモリセル
の蓄積電荷が消失したり、内部回路が誤動作する可能性
がある。
Now, in a DRAM that lowers the operating voltage to reduce power consumption and performs battery backup, the voltage change time when switching from normal operation to battery backup operation, or from battery backup operation to normal operation. If the speed becomes larger or faster, the stored charge in the memory cell may disappear or the internal circuit may malfunction.

この詳細を以下に説明する。第2図(A)はDRAMの
主要回路部を示したものである。MCは情報を記憶する
メモリセルであり、ここではMOSトランジスタQs 
と記憶容tclIで構成される。いわゆる1トラ/ジス
タメモリセルを例示している。DMCは参照電圧を発生
するダミーセル、YGはYデコーダにより選択されたデ
ータ線対り、DをI10線と接続するゲート回路、Pc
はり、Dをプリチャージするプリチャージ回路、SAは
り、D上に読み出された微少信号を差動増幅する増幅回
路である。このような回路において読み出し動作は、ワ
ード線φWが選択され高電圧になると記憶容量Csに蓄
積された記憶電荷に対応してデータ線り上に微少信号が
読み出される。
The details will be explained below. FIG. 2(A) shows the main circuit section of the DRAM. MC is a memory cell that stores information, and here MOS transistor Qs
and storage capacity tclI. A so-called 1 transistor/register memory cell is illustrated. DMC is a dummy cell that generates a reference voltage, YG is a data line pair selected by the Y decoder, a gate circuit connects D to the I10 line, and Pc
These are a precharge circuit that precharges the beams and D, and an amplifier circuit that differentially amplifies the minute signals read out on the SA beams and D. In a read operation in such a circuit, when the word line φW is selected and the voltage becomes high, a minute signal is read out onto the data line corresponding to the storage charge accumulated in the storage capacitor Cs.

これと同時にダミーワード線φwnも選択され参照用微
少信号がデータ#iD上に読−み出される。その後SA
の駆動信号φCIが入力されり、D上の微少信号が差動
増幅される。次にQs 、 Qvで構成されるゲート回
路YGを通してデータ線り、D上の信号がI10線に出
力され、これが最終的に外部に取シ出される。さてこの
ような動作を行なうDRAMにおいて記憶容Ji Cs
を形成する電極の一端Vpが外部印加電圧3に接続され
る方式とアースに接地される方式の2つについて前述し
た電圧変化の影響について説明する。同図(B)はVp
が外部印加電源3に接続される方式において、電池バッ
クアップ動作電圧Vatから通常動作電圧V z x 
tのΔV電圧変化を受けた場合の要部波形を示したもの
である。同図に示すようにメモリセルの記憶情報が0″
(ここではメモリセルのノード電圧Vsが低電時(〜O
V)を* 0 *とする)のときΔVの値によっては、
誤動作を起こす可能性がある。すなわち電池バックアッ
プ動作電圧V m tで書き込まれたメモリセルのノー
ド[圧V 5(OV)が、記憶容量Csを形成する電極
VPの電圧変化によ#)同図下段に示すようにCBによ
る容量結合により上昇する。一方参照用信号電圧を発生
するダミーセルのノード電圧VogはトランジスタQ7
により、接地されているため電圧変化の影響を受けない
。その後電源電圧値Vzxtで読み出し動作を行なった
場合のり、D上に現われる実効的の信号電圧V、t、(
O)は、 V、I−(0)= V−Iw  (DM)  V、tg
 (M)・・・・・・・・・(1) となる。ここに°v−tt(Mはメモリセルからの読み
出し信号電圧、y、t、(DM)はダミーセルからの参
照信号電圧でお9次式で表わされる。
At the same time, the dummy word line φwn is also selected and the reference minute signal is read onto the data #iD. Then SA
The drive signal φCI of is input, and the minute signal on D is differentially amplified. Next, the signal on the data line D is outputted to the I10 line through the gate circuit YG composed of Qs and Qv, and is finally taken out to the outside. Now, in a DRAM that performs such an operation, the memory capacity Ji Cs
The influence of the voltage change described above will be explained for two methods: one in which one end Vp of the electrode forming the electrode is connected to the externally applied voltage 3, and the other in which it is grounded to earth. The figure (B) shows Vp
is connected to the externally applied power source 3, the battery backup operating voltage Vat to the normal operating voltage V z x
This figure shows the main waveform when subjected to a ΔV voltage change of t. As shown in the figure, the stored information of the memory cell is 0''
(Here, when the node voltage Vs of the memory cell is low (~O
V) is *0*), depending on the value of ΔV,
Malfunction may occur. In other words, the node [voltage V5 (OV) of the memory cell written with the battery backup operating voltage V m t is caused by the voltage change of the electrode VP forming the storage capacitor Cs]. As shown in the lower part of the figure, the capacitance due to CB It rises due to combination. On the other hand, the node voltage Vog of the dummy cell that generates the reference signal voltage is the transistor Q7.
Because it is grounded, it is not affected by voltage changes. After that, when a read operation is performed at the power supply voltage value Vzxt, the effective signal voltage V, t, (
O) is V, I-(0) = V-Iw (DM) V, tg
(M)・・・・・・・・・(1) It becomes. Here, °v-tt (M is the read signal voltage from the memory cell, y, t, (DM) is the reference signal voltage from the dummy cell, and is expressed by the 9th order equation.

(1) 、 (2) 、 (8)式から・・・・・・・
・・(4) C8<CDと仮定すると、(4)式は、となる。この値
が負の場合は、増幅回路SAによって10″と判断して
増幅するが、ΔVの値によってはV−It(0)は正と
なシ、第2図(B)に示すように0″′が11″に反転
し誤動作する。
From equations (1), (2), and (8)...
...(4) Assuming that C8<CD, equation (4) becomes. If this value is negative, the amplification circuit SA determines it to be 10'' and amplifies it, but depending on the value of ΔV, V-It(0) may be positive, and as shown in FIG. ``'' is reversed to 11'' and malfunctions.

第2図(C)は、vPをアースに接続した場の要部波形
を示している。この場合は、Vpの電圧変化がないため
、前述した0″が1”に反転するような誤動作はなくな
るが、電圧vlI?で書き込まれ九″′1”の情報が電
圧値V z X ?では″0″情報となる不良を生じる
。すなわちこの場合の実効的読み出し信号電圧V−+ 
t (1)はv、+、(i)=v、tg (DM) −
v、It (M)  −−−−−−−−−(6)となる
FIG. 2(C) shows the waveform of the main part of the field when vP is connected to ground. In this case, since there is no voltage change in Vp, there will be no malfunction such as the above-mentioned inversion of 0'' to 1'', but voltage vlI? The information written in 9″′1″ is the voltage value V z X ? In this case, a defect becomes "0" information. In other words, the effective read signal voltage V-+ in this case
t (1) is v, +, (i) = v, tg (DM) −
v, It (M) -----------(6).

(6)、 (7)、 (8)式から(5)式と同様に計
算すると、となシ、この値が正の場合は′1″となるが
Δ■の値によっては負となり、第2図(C)に示すよう
に11”が10″′に反転し誤動作する。
When calculated from equations (6), (7), and (8) in the same way as equation (5), if this value is positive, it will be '1'', but depending on the value of Δ■, it will be negative, and the As shown in Figure 2 (C), 11'' is reversed to 10'', causing a malfunction.

以上はいずれも電源電圧の上昇時に生じる誤動作である
が、電源電圧の下降時、すなわちV z x rからV
mrへの切替り時にも誤動作もしくは不都合を生じる。
All of the above are malfunctions that occur when the power supply voltage increases, but when the power supply voltage decreases, that is, from V z x r to V
Malfunctions or inconveniences also occur when switching to mr.

たとえば、第2図などにおいて、情報′0″のセルにお
いては、ノード電圧VgがVpとの結合により負′1位
となるだめ、MOSトランジスタQIIがオンになり、
データ線からC8に電流が流れる。したがって、情報9
0″のセルが多数存在する場合は、データ線の電位が異
常に低下するなどの問題を生じる。また、メモリチップ
全体の回路において、電源電圧は低下しても、特定の回
路のノードに元の高い電源電圧時の動作電圧が電荷とし
て残存し、誤動作を生じるなどの問題を生じる。
For example, in FIG. 2, in a cell with information '0', the node voltage Vg becomes negative '1' due to the combination with Vp, and the MOS transistor QII is turned on.
Current flows from the data line to C8. Therefore, information 9
If there are a large number of 0" cells, problems such as the potential of the data line will drop abnormally will occur.Also, even if the power supply voltage drops in the circuit of the entire memory chip, the The operating voltage at a high power supply voltage remains as a charge, causing problems such as malfunction.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

したがって、本発明の目的は電源電圧を低下して電池バ
ックアップを行なうダイナミック型メモリにおいて、電
源電圧が低下あるいは上昇しても安定に動作するメモリ
を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a dynamic memory that performs battery backup by lowering the power supply voltage, and which operates stably even when the power supply voltage decreases or increases.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するために、本発明においては、チップ
内の回路動作の基準となる基準電圧を発生する回路を設
け、その出力特性を制御することにより、外部印加電圧
が変動してもチップ内部の動作電圧の変動がメモIJ 
L S Iが正常に動作する許容値以下となるようにし
、上記問題を解決する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a circuit that generates a reference voltage that serves as a reference for circuit operation within a chip, and controls the output characteristics of the circuit, so that even if externally applied voltage fluctuates, the inside of the chip remains unchanged. The fluctuation of the operating voltage of Memo IJ
The above problem is solved by keeping the LSI below the allowable value for normal operation.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の詳細を実施例により説明する。 The details of the present invention will be explained below using examples.

第3図は、本発明の基本概念を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the basic concept of the present invention.

同図で8は内部動作の基準となる゛1圧VLを発生する
回路である。その他については第1図と同一符号部分は
、同−又は均等部分である。本発明においては、通常動
作から情報保持動作もしくは情報保持動作から通常動作
に動作状態が変化し、電源電圧がVzxtからvl!、
あるいはVatからV閣xtに変化しても、内部動作の
規準となるvLの変化を、式(5)、 (9)などで説
明した誤動作を生じない範囲に抑制し、電源電圧の変動
による誤動作を防止する。これにより、バッテリバック
アップ動作で電源電圧が変化しても安定に動作するメモ
リLSIを実現できる。
In the figure, reference numeral 8 denotes a circuit that generates 1 voltage VL, which serves as a reference for internal operation. In other respects, parts with the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same or equivalent parts. In the present invention, the operating state changes from normal operation to information retention operation or from information retention operation to normal operation, and the power supply voltage changes from Vzxt to vl! ,
Alternatively, even when changing from Vat to Vxt, the change in vL, which is the standard for internal operation, is suppressed to a range that does not cause malfunctions as explained in equations (5), (9), etc., and malfunctions due to fluctuations in power supply voltage are suppressed. prevent. This makes it possible to realize a memory LSI that operates stably even when the power supply voltage changes due to battery backup operation.

第4図はVLの特性の一例を示す実施例であり、3の電
圧Vxutを横軸、VLを縦軸に示しである。
FIG. 4 is an embodiment showing an example of the characteristics of VL, in which the voltage Vxut of 3 is shown on the horizontal axis and VL is shown on the vertical axis.

本実施例においては、V!*↑の値が通常動作から情報
保持動作、もしくは情報保持動作から通常動作への移行
によって、VzxtからVat、eるいはVatからV
鳶xrに変化した場合に、vLの値は、V L lから
V t、oあるいはVLOからVLIに変化するように
なる。これによって、Vrstの変化量ΔVr*tをΔ
VLに低減し、従来技術で問題になった誤動作を防止す
る。具体的には、例えば、式(5)で説明した誤動作を
防止するためには、式(5)のVgxテをV L I 
% ΔVをΔvLに置き変えて、・・・・・・・・・C
0 以下となるようにすればよい。そのためには、また、式
(9)で説明した誤動作についても、上記と同様にして
、 ・・・・・・・・・αり を得ることができる。すなわち、上記と同様に、以上の
説明から分る如く、本発明の骨子は、vLlとvLoの
関係を一定に保って、バッテリバックアップ動作への移
行時、もしくは通常動作状態への移行時の誤動作を防止
するものでめり、VLOからvLlに至る区間の特性は
、上に述べた如きΔvLの範囲を越えない領域で種々の
特性を取シ得る。第5図はその幾つかの例を示すもので
あシ、同図の(A)、 (B)、 (C)、さらには(
D)のように、ΔVLの領域を越えない範囲で種々の特
性を取シ得る。また、VLOe VLIの値は前に述べ
た如き条件から定まるΔVt、の範囲であれば任意に設
定でき、場合によってはVLO> vt、tの如く設定
することも可能である。VLO、Vt、1 とV t 
N↑の関係は特に限定されず、vLO、VLIの値をV
tNtより大きく設定することも可能である。
In this example, V! *The value of ↑ changes from Vzxt to Vat, e or from Vat to V due to the transition from normal operation to information retention operation or from information retention operation to normal operation.
When the value changes to xr, the value of vL changes from V L l to V t, o or from VLO to VLI. As a result, the amount of change ΔVr*t in Vrst is reduced to ΔVr*t.
VL, thereby preventing malfunctions that have been a problem with the prior art. Specifically, for example, in order to prevent the malfunction described in equation (5), Vgxte in equation (5) should be changed to V L I
% Replace ΔV with ΔvL, ......C
It may be set to 0 or less. To this end, also regarding the malfunction explained using equation (9), the following can be obtained in the same manner as above. That is, as described above, as can be seen from the above explanation, the gist of the present invention is to maintain the relationship between vLl and vLo constant and prevent malfunctions when transitioning to battery backup operation or transitioning to normal operating state. The characteristics of the section from VLO to vLl can take on various characteristics within the range of ΔvL as described above. Figure 5 shows some examples, including (A), (B), (C), and (
As shown in D), various characteristics can be obtained within the range of ΔVL. Further, the value of VLOe VLI can be arbitrarily set within the range of ΔVt determined from the conditions as described above, and in some cases, it can also be set such that VLO>vt,t. VLO, Vt,1 and Vt
The relationship between N↑ is not particularly limited, and the values of vLO and VLI are
It is also possible to set it larger than tNt.

第3図(B)は、第3図(A)の動作状態検出回路10
0の具体的実施例であり、基本回路構成れている。
FIG. 3(B) shows the operating state detection circuit 10 of FIG. 3(A).
This is a concrete example of 0, and the basic circuit configuration is included.

同図でQ141〜Q14111QI51 はそれぞれし
きい電圧がVt+4+ −Vt+4a + Vtts+
  OMOS ) ラ7ジスタである。ここで、Q14
1 〜Q+4mはVxwtの変換回路を構成しており、
150に VsNt’ = VtNt−ΣVt+4tm1 を出力する。Q+s+tRt□は弁別回路を構成してお
り、自分自身がある一定の基準となるしきい値を有し、
これに対する入力電圧の高低を弁別するところのしきい
値回路となっている。この回路のしきい値Vtcは、Q
 s s tのしきい値電圧Vttstと几、□とQi
stのオン抵抗の比により定まり、任意に設定できるが
、R++stO値をQistのオン抵抗より充分大きく
設定しておけば、Vta=V t r s rとするこ
とができる。ここでは簡単のためこの場合について説明
する。
In the same figure, Q141 to Q14111QI51 each have a threshold voltage of Vt+4+ -Vt+4a + Vtts+
OMOS) is a 7 register. Here, Q14
1 to Q+4m constitute a Vxwt conversion circuit,
150, outputs VsNt'=VtNt-ΣVt+4tm1. Q+s+tRt□ constitutes a discriminator circuit, which itself has a threshold value that serves as a certain standard,
This is a threshold circuit that discriminates whether the input voltage is high or low. The threshold value Vtc of this circuit is Q
s s t threshold voltage Vttst and 几, □ and Qi
It is determined by the ratio of the on-resistance of st, and can be set arbitrarily, but if the R++stO value is set sufficiently larger than the on-resistance of Qist, it is possible to set Vta=V tr s r. This case will be explained here for simplicity.

本実施例の動作を同図(C)を用いて説明する。The operation of this embodiment will be explained using FIG.

V I N tが徐々に低下して、150の電圧が、V
otr’= Vxwt−ΣVt+4t <Vt+st1
噛l すなわち、 となると(時刻tl) Qistはオフになシ、出力φ
1cは0″から′1″に変化する。これによって、既に
述べた実施例と一様にVxwtの電圧変化を検出し、動
作が情報保持状態に移行したことを検知できる。
As V I N t gradually decreases, the voltage of 150 becomes V
otr'=Vxwt-ΣVt+4t<Vt+st1
In other words, when (time tl) Qist is turned off and the output φ
1c changes from 0'' to '1''. As a result, it is possible to detect a change in the voltage of Vxwt in the same manner as in the embodiments already described, and to detect that the operation has shifted to the information holding state.

本実施例においても、使用するMOS)ランジスタのし
きい電圧、あるいは段数を調整することにより、同図(
C)の等測的なVmcO値を任意に設定できる。また、
本実施例によれば Vxwt<V〒ts++ΣV141 mg の下ではQ s s +はオフになり、本発明の目的で
める、情報保持状態における消費電力の低減に極めて有
効である。
In this example as well, by adjusting the threshold voltage or the number of stages of the MOS transistors used,
The isometric VmcO value of C) can be set arbitrarily. Also,
According to this embodiment, Q s s + is turned off when Vxwt<Vts++ ΣV141 mg, which is extremely effective in reducing power consumption in the information retention state, which is the purpose of the present invention.

同図CB)で凡150はVIN?が高い状態から低い状
態に変化するときに、150などのノードに電荷が蓄積
されるのを防止するための放電用抵抗である。この抵抗
値は、■!にテの変化速度に応じて選ぶ必要があるが、
その変化速度が遅い場合には、ノード150と3i基板
間などに寄生的に生じるリフ抵抗で代用することも可能
でアリ、その場合は几、、1は不要である。なお、ここ
でR15゜。
Is the 150 in the same figure CB) the VIN? This is a discharge resistor for preventing charges from being accumulated in nodes such as 150 when the voltage changes from a high state to a low state. This resistance value is ■! It is necessary to choose according to the rate of change of
If the rate of change is slow, it is possible to use a parasitic riff resistance between the node 150 and the 3i substrate as a substitute; in that case, 1 is not necessary. Note that R15° here.

R15+はMOS)ランジスタのオン抵抗で代用するこ
とも可能である。
R15+ can also be replaced by the on-resistance of a MOS transistor.

第33図に開示されている。It is disclosed in FIG.

第4図はVr、とV I N tの概略特性を示してい
る。
FIG. 4 shows the schematic characteristics of Vr and V I N t.

同図のような特性は、LSIチップの信頼度テストに好
適なように選ばれた結果であることは、上記引例あるい
は特願昭56−168698号、57−220083 
号などに述べられたとうりである。
The characteristics shown in the figure are the results selected to be suitable for the reliability test of LSI chips, as shown in the above reference or Japanese Patent Application Nos. 56-168698 and 57-220083.
This is as stated in the issue.

ココテ、Vst6D値1’j、Q目g〜QIsz+QI
tzがオフにな゛る点すなわち各MOSトランジスタの
しきい電圧の和で決まる。この関係を第3図(B)と同
様に一般化すると、 ここで、Vtlγ鳶はQ Iy xのしきい電圧、Vy
目鳶はVテlB農〜V?1m1(図示はしていない)の
しきい〜+− 電圧である。      ′− ナオ、第3図ニオイテ、V a >V〒to z + 
V L(v?は各添字に反応するMOSトランジスタの
しきい電圧)の条件を満たす必要のあることは、前記引
例に述べられているとおりであり、これらの条件が満た
されていれば、VxNt <Vscの状態、すなわち情
報保持状態においても、それぞれ所定の電圧が出力され
る。なお、この状態でのVL≧Vtpttとなることは
第4図に示すとおシである。
Kokote, Vst6D value 1'j, Qth g ~ QIsz + QI
It is determined by the point at which tz turns off, that is, the sum of the threshold voltages of each MOS transistor. Generalizing this relationship in the same way as in Figure 3 (B), here, Vtlγ is the threshold voltage of Q Iy x, Vy
Metobi is VtelB Agriculture ~V? 1 m1 (not shown) threshold to +- voltage. '- Nao, Figure 3 Nioite, V a > V to z +
As stated in the above reference, it is necessary to satisfy the conditions of V L (v? is the threshold voltage of the MOS transistor that responds to each subscript), and if these conditions are satisfied, VxNt In the state of <Vsc, that is, in the information holding state, a predetermined voltage is output, respectively. It should be noted that in this state, VL≧Vtptt as shown in FIG.

本実m?lJではQxsgによl)、#scが低電圧状
態(情報保持状態)に移行したとき回路全体を接地から
切シ離し、電流がVxNtから接地へ流れるのを防止し
、低消費電力化を図っている。
Real m? In IJ, when Qxsg (1) and #sc transition to a low voltage state (information retention state), the entire circuit is disconnected from the ground, preventing current from flowing from VxNt to ground, and reducing power consumption. ing.

以上の実施例によシ、外部から印加される電圧3が大き
く変動しても、内部動作電圧の変化値をLSIメモリが
正常に動作する許容範囲以下にすることができるっこれ
によシ、バッテリバックアップ動作時には動作電圧を下
げて超低消費電力で動作可能なメモリL S Iが実現
可能になる。
According to the above embodiment, even if the externally applied voltage 3 fluctuates greatly, the change value of the internal operating voltage can be kept below the allowable range for normal operation of the LSI memory. It becomes possible to realize a memory LSI that can operate with ultra-low power consumption by lowering the operating voltage during battery backup operation.

第6図は他の実施例である。本実施例では、電源電圧の
変動によシ誤動作を生じやすいたとえばメモリアレーな
どの回路部2bのみをVLによって動作させ、その他の
電源送圧が変動しても誤動作を生じにくい回路部2aは
、外部からの電源電圧で直接動作させる。
FIG. 6 shows another embodiment. In this embodiment, only the circuit section 2b, such as a memory array, which is likely to malfunction due to fluctuations in the power supply voltage, is operated by VL, and the other circuit section 2a, which is unlikely to malfunction even when the power supply voltage fluctuates, is operated by VL. Operates directly with external power supply voltage.

本実施例によれば、8は2bの回路部のみを駆動するだ
けでよく、8の負荷を大幅に低減でき、設計が容易にな
る。これにより、バッテリバックアップ動作時に動作電
圧を下げることがさらに容易になる。
According to this embodiment, 8 only needs to drive the circuit section 2b, and the load on 8 can be significantly reduced, making design easier. This makes it easier to lower the operating voltage during battery backup operation.

第7図(A)は、本発明のさらに具体的な実施例であり
、記憶容量Csを形成する電極の一端が外部印加電源3
に接続されるメモ!jLsIに本発明を適用した例であ
る。記憶容量Cmを形成する電極Vpに、基準電圧VL
に従って動作する。電圧リミッタ回路14を付加し、メ
モリセルが受ける電圧変化値をVLの変化値ΔVLに低
減している。この動作を同図(B)を用いて説明する。
FIG. 7(A) shows a more specific embodiment of the present invention, in which one end of the electrode forming the storage capacitor Cs is connected to the external power source 3.
Notes connected to! This is an example in which the present invention is applied to jLsI. A reference voltage VL is applied to the electrode Vp forming the storage capacitance Cm.
operate according to. A voltage limiter circuit 14 is added to reduce the voltage change value that the memory cell receives to the change value ΔVL of VL. This operation will be explained using FIG.

なお、ここではVl?=VLOとした場合を例に説明し
ている。同図に示すように外部印加電源3がVatから
V z x rまでのΔ゛■■変化ると、内部基準電圧
VLの変化値はVt、6からVL+までのΔVLに低減
できる。この状態で、第2図(B)と同様″′0”読み
出し動作を行なうと、メモリセルのノードV−がプレー
ト電圧Vpとの容量結合により上昇する電圧値は最大で
もΔVx、となり0″′が1”に反転する誤動作をなく
すことができる。
In addition, here Vl? = VLO is explained as an example. As shown in the figure, when the externally applied power source 3 changes by Δ゛■■ from Vat to Vz x r, the change value of the internal reference voltage VL can be reduced to ΔVL from Vt, 6 to VL+. In this state, when a ``0'' read operation is performed as in FIG. It is possible to eliminate malfunctions in which the value is reversed to 1''.

本実施例によシ、記憶容量C1を形成する電極の一端が
外部印加電源3に接続される。メモリLSIにおいて、
前に説明した電圧上昇時に生じる誤動作を防止すること
が可能になる。
According to this embodiment, one end of the electrode forming the storage capacitor C1 is connected to the external power supply 3. In memory LSI,
It becomes possible to prevent the malfunction that occurs when the voltage increases as described above.

なお、ここでは簡単のため14の出力はVLと全く同一
になる場合を例にして説明しているが、同一で無い場合
は、14の出力が所望の値となるようにVLを定めれば
よいことは言うまでもない。
For the sake of simplicity, here we will explain the case where the output of 14 is exactly the same as VL, but if they are not the same, then if VL is determined so that the output of 14 becomes the desired value, Needless to say, it's a good thing.

これは以下の実施例についても同様である。This also applies to the following examples.

第8図(A)は、記憶容量Csを形成する電極の一端が
接地されるメモIJ L 8 Iに本発明を適用した実
施例である。本実施例では、外部印加電源3の電圧値が
通常動作電圧MIX?から電池バックアップ電圧Vmt
に、あるいはvl?からVzxtに変化しても、内部動
作電圧(ここではデータ線り。
FIG. 8(A) shows an embodiment in which the present invention is applied to a memo IJL8I in which one end of an electrode forming a storage capacitor Cs is grounded. In this embodiment, the voltage value of the externally applied power supply 3 is the normal operating voltage MIX? From battery backup voltage Vmt
ni or vl? Even if it changes from Vzxt to Vzxt, the internal operating voltage (in this case, the data line).

Dのプリチャージ電圧)の変化を許容値以下にするため
にプリチャージ用電源vDpに基準電圧VLに従って動
作する。電圧リミッタ回路15を付加している。この動
作を同図(B)の要部波形を用いて説明する。第7図と
同様外部印加′電源3がVatからVgxyまでの変化
値Δ■を基準電圧VLに従って動作する電圧リミッタ回
路15によりデータ線プリチャージ電圧の変化値をΔv
Lに低減している。これは、電池バックアップ電圧v3
〒でのプリチャージ電圧(メモリセルの書き込み電圧)
と通常動作電圧V 鵞x tでのプリチャージ電圧との
差をΔVs、に低減し第1図(C)の如き′1″がO″
に反転する誤動作を防ぐわけである。すなわち711丁
からV z x ?に変化した場合の′1″読み出しに
よる)(igh側データ線の信号電圧V−+g(1)の
低下量は同図に示すようにΔVLで制限されるため、第
1図(C)の如く′1″が0″に反転する誤動作を防ぐ
ことができる。
In order to keep the change in the precharge voltage (of D) below a permissible value, the precharge power supply vDp operates in accordance with the reference voltage VL. A voltage limiter circuit 15 is added. This operation will be explained using the main waveforms shown in FIG. Similarly to FIG. 7, the externally applied power supply 3 converts the change value Δ■ from Vat to Vgxy into a change value Δv of the data line precharge voltage by the voltage limiter circuit 15 operating according to the reference voltage VL.
It has been reduced to L. This is the battery backup voltage v3
Precharge voltage at 〒 (memory cell write voltage)
By reducing the difference between the precharge voltage at the normal operating voltage V and the precharge voltage to ΔVs, '1'' as shown in Fig. 1(C) becomes O''
This prevents malfunctions such as reversal. In other words, V z x from 711th block? (by '1'' readout when the signal voltage changes to '1') (The amount of decrease in the signal voltage V-+g(1) of the right side data line is limited by ΔVL as shown in the figure, so as shown in Figure 1 (C) It is possible to prevent malfunctions in which '1'' is reversed to 0''.

第9図は、第8図と詞様にfタ線プリチャージ電圧をV
t、の電圧値で制御するために、データ線プリチャージ
信号φp′に電圧リミッタ回路16を付加した例である
。なお、本実施例においてはφ、/の電圧は必要とする
データ線のプリチャージ ゛電圧よりMOS)ランジス
タQs 、Q4のしきい電圧分だけ高くなるようにVL
O値を定める必要のあることは言うまでもない。ここで
は簡単のためデータ線のプリチャージ電圧が、すでに述
べた各実施例と同様にVLと等しくなるとしてしきい電
圧をOvと仮定すればよい、本実施例により第8図と同
様に”1”が”0”に反転する誤動作はなくせる。
Figure 9 shows the f-line precharge voltage V as shown in Figure 8.
This is an example in which a voltage limiter circuit 16 is added to the data line precharge signal φp' in order to control it using the voltage value of t. In this embodiment, the voltages of φ and / are set to VL so that they are higher by the threshold voltage of the required data line precharge (voltage than MOS) transistors Qs and Q4.
Needless to say, it is necessary to determine the O value. Here, for simplicity, it is sufficient to assume that the precharge voltage of the data line is equal to VL as in each of the embodiments already described, and that the threshold voltage is Ov. Malfunctions in which "" is reversed to "0" can be eliminated.

第8図、第9図の実施例により記憶容量C8を形成する
電極の一端が接地されたメモIJ L S Iにおいて
も電源電圧の変動による誤動作を防止できる。
According to the embodiments shown in FIGS. 8 and 9, malfunctions due to fluctuations in the power supply voltage can be prevented even in the memory IJLSI in which one end of the electrode forming the storage capacitor C8 is grounded.

以上、第7図〜第9図の実施例によりΔVt、の値をあ
る一定値以下にすることにより、電源電圧の変化によシ
生じるメモリアレ一部の誤動作を防止できることを述べ
た。この場合のΔVLの許容値は、第7図の場合は弐〇
〇、αυで与えられ、また第8図、第9図の場合は弐〇
a、(1:lで与えられる。
It has been described above that malfunctions of a part of the memory array caused by changes in the power supply voltage can be prevented by keeping the value of ΔVt below a certain certain value according to the embodiments shown in FIGS. 7 to 9. The allowable value of ΔVL in this case is given by 2〇〇, αυ in the case of FIG. 7, and is given by 2〇a, (1:l) in the cases of FIGS. 8 and 9.

なお、実際のメモリLSIにおいては、Cm。Note that in an actual memory LSI, Cm.

CDsの設計値とその製造ばらつき、あるいは差動増幅
回路SAの感度、雑音などを考慮して決定されることは
言うまでもない。
Needless to say, it is determined by taking into consideration the design value of the CDs and their manufacturing variations, or the sensitivity and noise of the differential amplifier circuit SA.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、電源電圧を低下して電池バックアップ
動作(情報保持動作)を行なう、ダイナミック型RAM
において、チップ内部に基準電圧VL発生回路を設け、
電源電圧が変化しても、このVLの電圧値の変化を一定
値以下にすることにより、メモリLSIを安定に動作さ
せることができる。これによりDB、AMにおける電池
バックアップによる動作が可能になる。
According to the present invention, a dynamic RAM that performs battery backup operation (information retention operation) by lowering the power supply voltage.
, a reference voltage VL generation circuit is provided inside the chip,
Even if the power supply voltage changes, the memory LSI can be operated stably by keeping the change in the voltage value of VL below a certain value. This enables operation with battery backup in DB and AM.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図は従来技術を説明する図、第3図乃至第
5図は本発明の詳細な説明する図、第6図乃至第7図は
、本発明の他の実施例を説明する図、第8図は本発會の
他Q−9例を一祝明する図、第9図は本発明の更に他の
実施例を説明する図である。 l・・・チップ、2・・・メモリセルアレー、3・・・
電源線、く8) $tN5 茅2図(A) ¥20 (B) 竿2凶CC) 竿3区 (ハノ )← 3 足口 (8) (C) 療3図 (E)) 囁4図 茅7図 (A) 聾δ凹(A) 78図(8) 第9図
Figures 1 and 2 are diagrams explaining the prior art, Figures 3 to 5 are diagrams explaining the present invention in detail, and Figures 6 to 7 are diagrams explaining other embodiments of the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the present invention, Q-9, and FIG. 9 is a diagram illustrating still another embodiment of the present invention. l...chip, 2...memory cell array, 3...
Power line, Ku8) $tN5 Chi 2 figure (A) ¥20 (B) Rod 2 evil CC) Rod 3 ward (Hano) ← 3 Foot opening (8) (C) Sai 3 figure (E)) Whisper 4 figure Kaya Figure 7 (A) Deaf delta concave (A) Figure 78 (8) Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、異なる電源電圧で動作する2つ以上の動作モード、
該動作モードの切替手段および該電源電圧をチップ内で
他の内部電圧に変換する電圧変換手段を備え、チップ内
の少なくとも一部の回路が、該内部電圧を基準にして動
作することを特徴とする半導体装置において、該複数の
動作モードにおける該内部電圧の変化範囲は、該電源電
圧の変化範囲に等しいか、あるいは小なることを特徴と
する半導体装置。 2、該半導体装置は、情報電荷記憶用のキャパシタ、お
よびスイッチ用MOSトランジスタからなるメモリセル
により構成された記憶装置であつて、該キャパシタの一
端もしくは電端の動作電圧が該内部動作電圧を規準にし
て動作することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の半導体装置。 3、該内部電圧の変化範囲は、該内部電圧の取りえる最
高電圧の−の電圧の絶対値を越えない範囲に等しいか、
もしくは小なることを特徴とする特許請求の範囲第2項
記載の半導体装置。
[Claims] 1. Two or more operating modes operating with different power supply voltages;
The device is characterized by comprising a switching means for the operation mode and a voltage converting means for converting the power supply voltage to another internal voltage within the chip, and at least a part of the circuits within the chip operate based on the internal voltage. A semiconductor device characterized in that a variation range of the internal voltage in the plurality of operation modes is equal to or smaller than a variation range of the power supply voltage. 2. The semiconductor device is a memory device constituted by a memory cell consisting of a capacitor for storing information charges and a MOS transistor for switching, and the operating voltage at one end or terminal of the capacitor is based on the internal operating voltage. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device operates as follows. 3. Is the range of change of the internal voltage equal to the range that does not exceed the absolute value of the negative voltage of the highest possible voltage of the internal voltage?
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is small.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61271695A (en) * 1985-05-27 1986-12-01 Mitsubishi Electric Corp Memory device
JPH05217370A (en) * 1992-01-30 1993-08-27 Nec Corp Internal step-down power source circuit
USRE37593E1 (en) 1988-06-17 2002-03-19 Hitachi, Ltd. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation
USRE40132E1 (en) 1988-06-17 2008-03-04 Elpida Memory, Inc. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation

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