NL194688C - Instelspanningsbron. - Google Patents

Description

1 194688

Instelspanningsbron

De uitvinding heeft betrekking op een keten, op te nemen in een halfgeleidergeheugeninrichting, voor het opwekken van een instelspanning en voor het leveren van de instelspanning aan het halfgeleidersubstraat, 5 waarbij deze keten omvat: een oscillator voor het opwekken van een blokgolfvormige wisselspanning met een voorafbepaalde frequentie; een met de uitgang van de oscillator verbonden bufferketen voor het bufferen van de uitgangsspanning van deze oscillator tot een blokgolfvormige wisselspanning met het niveau van de voedingsspanning; een ladingpompketen voor het leveren van een instelspanning uitgaande van het uitgangssignaal van de bufferketen; en een met de uitgang van de ladingpompketen verbonden 10 instelspanningsstabilisatieketen.

Een dergelijke keten is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.471.290.

Bij deze bekende keten omvat de instelspanningsstabilisatieketen een spanningsdeler, bestaande uit een reeks tussen het aftakpunt van de geleverde instelspanning en het massa-niveau geschakelde weerstanden R1, R2 en een spanningsniveausensor waaraan de spanning van een knooppunt tussen de weerstanden 15 wordt toegevoerd en waarin deze spanning wordt vergeleken met een referentiespanning. De spanningsniveausensor koppelt het vergelijkingssignaal terug naar de oscillator. Variaties in de voedingsspanning zullen bij deze bekende keten leiden tot pieken in de aan het halfgeleidersubstraat aan te leggen instelspanning, welke aanzienlijk kunnen zijn. Na verloop van tijd zal een dergelijke plek zijn uitgedempt, maar al te sterke spanningspieken zullen de werking van de halfgeleiderinrichting wel verslechteren.

20 De uitvinding beoogt een keten van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, welke in het bijzonder in staat is een overspanningsdeel en een onderspanningsdeel van de variatie van de substraat-instelspanning als gevolg van een variërende voedingsspanning binnen voorafbepaalde grenzen te houden.

De keten volgens de uitvinding heeft hiertoe als kenmerk, dat de instelspanningsstabilisatieketen en een tussen de uitgang van de ladingpompketen en het massaniveau geschakelde klemketen omvat, met een 25 eerste aantal in serie geschakelde halfgeleiderelementen die de stroom slechts in de ene richting geleiden tussen de uitgang van de ladingpompketen en het massaniveau, en een tweede aantal in serie geschakelde halfgeleiderelementen die de stroom slechts in de tegenovergestelde richting geleiden tussen de uitgang van de ladingpompketen en het massaniveau, waarbij de beide serieschakelingen van halfgeleiderelementen parallel zijn geschakeld.

30 Opgemerkt wordt dat uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.259.729 een in een halfgeleidergeheugeninrichting geïncorporeerde, als klemketen uitgevoerde spanningsstabilisatieketen bekend is. Deze bekende stabilisatieketen levert echter een stabiele instelspanning aan een condensator CS,, van slechts één geheugencel, en niet aan het substraat van de halfgeleidergeheugeninrichting. Bovendien kan met een constructie van de klemketen zoals in figuur 5 van dit octrooischrift alleen een overspanningsdeel van een 35 met de voedingsspanning variërende instelspanning worden vastgelegd.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin is: figuur 1 het schema van een instelspanningsbron volgens de uitvinding, en figuur 2A tot en met 2C een afbeelding van golfvormen optredend in essentiële delen van de keten 40 volgens figuur 1.

Een instelspanningsbron omvat een oscillator 10 met een ringoscillator bestaande uit de gebruikelijke invertors of Schmitt-trekkerketens en poorten voor het opwekken van een blokgolfvormige spanning, een bufferketen 20 voor het bufferen van de blokgolfspanning van de oscillator 10 tot een blokgolfvormige 45 spanning met een amplitude welke wisselt tussen de voedingsspanning Vcc en de massaspanning Vss ; uitgaande van de uitgangsspanning van genoemde oscillator, een ladingpompketen 30 met een condensator 1 en MOS transistoren 2 en 3 voor het leveren van een instelspanning uitgaande van het uitgangssignaal van de bufferketen, en een klemketen 40 met MOS transistoren (4a, 4b .... en 5a ...) waaraan wordt toegevoerd het uitgangssignaal van de ladingpompketen voor het blokkeren van een overspanningdeel en 50 een onderspanningdeel van de variatie van de instelspanning de variatie van de voedingspanning Vcc.

De frequentie van de blokgolfvormige uitgangspanning van de oscillator 10 is in het algemeen 3 tot 12 MHz en de werk-rustverhouding is ”1”. Voor de ladingpompketen 30 wordt een MOS condensator 1 gebruikt met een grote capaciteit waarvan één aansluiting is verbonden met de uitgang van de bufferketen 20 en de andere aansluiting is verbonden met het knooppunt 14. Met het knooppunt 14 zijn verbonden de drain- en 55 de gate-elektrode van een N-type MOS transistor 2, en de massaspanning Vss (bijvoorbeeld nul volt) ligt aan de source-elektrode van deze transistor. Een knooppunt 15 is verbonden met een gate-elektrode van een N-type MOS transistor 3 en het drain-sourcetraject daarvan ligt in een serie met de knooppunten 14 en

Claims (2)

194688 2 15. MOS transistoren 4a, 4b ... met doorverbonden gate- en source-elektroden zijn in serie geschakeld tussen het knooppunt 15 en de massaspanning Vss, en MOS transistoren 5a ..., zijn met door verbonden drain· en gate-elektroden parallel geschakeld aan de transistoren 4a, 4b ... De werking van de instelspanningbron volgens figuur 1 is als volgt. Het uitgangsblokgolfsignaal van de 5 oscillator 10 wordt gevormd dtot een blokgolfsignaal met het niveau van de voedingspanning Vcc en de massaspanning Vss door de bufferketen 20. De Mos condensator 1 ontvangt dit blokgolfsignaal via een uitgangsverbinding 12. De ingangsaansluiting van genoemde MOS condensator 1 kan zodanig zijn dat source- en drainelektrode zijn doorverbonden, zodat de uitgangsaansluiting van de MOS condensator 1 de gate-elektrode wordt die is verbonden met het knooppunt 14. Tijdens de stijgflank van het blokgolfsignaal 10 dat wordt aangelegd aan de ingangsaansluiting van de condensator 1 laadt de spanning Vcc de condensator 1 en is de transistor 2 geleidend. Wanneer de daalflank van het blokgolfsignaal aanwezig is aan de ingang van de condensator 1 via de verbinding 12 wordt de spanning op het knooppunt 14 verbonden met de uitgang van de condensator 1 negatief en wordt de transistor 2 geblokkeerd. Op dit moment wordt, wanneer de spanning van het knooppunt 15 verbonden met de gate-elektrode van de transistor 3 hoger 15 wordt dan de negatieve spanning op het knooppunt 14 over een waarde gelijk aan de drempelspanning van de transistor 3 deze transistor geleidend. De negatieve lading wordt overgedragen van het knooppunt 14 naar het knooppunt 15 via de transistor 3 en de instelspanning VBB wordt negatief. Wanneer de spanning op het knooppunt 14 over een waarde gelijk aan de drempelspanning lager wordt dan die op het knooppunt 15 blokkeert de transistor 3. Aldus zal de instelspanning op het knooppunt 15 de oorspronkelijke waarde 20 van de instelspanning houden, zodat op een halfgeleidersubstraat een stabiele instelspanning ter beschikking staat. Figuur 2A toont dat, wanneer de voedingspanning Vcc plotseling daalt tot een lager niveau Vcc' de spanning op het knooppunt 14 tijdens de daalflank 41 verder afneemt tot een negatief niveau en de transistor 3 geleidend wordt. De instelspanning op het uitgangsknooppunt 15 daalt verder naar een negatief 25 niveau op de wijze zoals aangegeven voor de negatief gaande naaldspanning 42 volgens figuur 2B. Wanneer de voedingspanning stabiliseert op de spanning Vcc' als aangegeven in figuur 2A zal de instelspanning stabiliseren op de spanning VBB' zoals aangegeven met het golfvormig gedeelte 48 in figuur 2B. De instelspanning neemt dus toe over een waarde gelijk aan de daling in de voedingspanning en stabiliseert. Wanneer de voedingspanning terugkomt naar het spanningniveau Vcc zal de instelspanning 30 tijdelijk toenemen zoals aangegeven met de naald 44 in figuur 2B en dan terugkeren naar het spanningniveau VBB. De spanning op het knooppunt 15 wordt, zoals figuur 2B toont, vastgelegd volgens een golfvormgedeelte 45 aangegeven in figuur 2C door de werking van een reeks transistoren 4a, 4b... tussen het knooppunt 15 en de massaspanning Vss. Aannemend dat de drempelspanning van de transistoren 4a, 4b gelijk is aan VT en het aantal transistoren in serie gelijk is aan K zal deze klemspanning de waarde KVT 35 hebben. De transistoren 5a, ... in serie opgenomen tussen het knooppunt 15 en de massaspanning Vss voorkomen dat het spanningniveau VBB verder toeneemt dan een vast bereik, zoals aangegeven met het golfvormgedeelte 46 in figuur 2C. Hoewel de voedingspanning varieert, wordt aldus de instelspanning altijd binnen een vast bereik gehouden. Daar de spanningbrom voor de instelspanning voorkomt dat doorslag in 40 de omkeerrichting optreedt als gevolg van een negatieve signaalpiek 42, of een doorslag in de geleidende richting, veroorzaakt door een positieve signaalpiek 44, optredend in een overgangsoppervlak van een halfgeleiderinrichting, is een stabiele werking van de schakeling mogelijk. 45 Conclusies

1. Keten, op te nemen in een halfgeleidergeheugeninrichting, voor het opwekken van een instelspanning en voor het leveren van de instelspanning aan het halfgeleidersubstraat, waarbij deze keten omvat: een oscillator voor het opwekken van een blokgolfvormige wisselspanning met een voorafbepaalde 50 frequentie; een met de uitgang van de oscillator verbonden bufferketen voor het bufferen van de uitgangsspanning van deze oscillator tot een blokgolfvormige wisselspanning met het niveau van de voedingsspanning; een ladingpompketen voor het leveren van een instelspanning uitgaande van het uitgangssignaal van de bufferketen; en 55 een met de uitgang van de ladingpompketen verbonden instelspanningsstabilisatieketen, met het kenmerk, dat de instelspanningsstabilisatieketen (40) een tussen de uitgang (15) van de ladingpompketen (30) en het massaniveau (Vss) geschakelde klemketen omvat, met een eerste aantal in a 3 194688 serie geschakelde halfgeleiderelementen (4a, 4b, ...) die de stroom slechts in de ene richting geleiden tussen de uitgang (15) van de ladingpompketen (30) en het massaniveau (V^), en een tweede aantal in serie geschakelde halfgeleiderelementen (5a, 5b,...) die de stroom slechts in de tegenovergestelde richting geleiden tussen de uitgang (15) van de ladingpompketen (30) en het massaniveau (V^), waarbij 5 de beide serieschakelingen van halfgeleiderèlementen (4a, 4b,.... 5a, 5b,...) parallel zijn geschakeld.

2. Keten volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk van de halfgeleiderelementen (4a, 4b,5a, 5b,...) een MOS*transistor omvat, waarvan een gate-elektrode met respectievelijk een source-elektrode, of met een drain-eiektrode van de MOS-transistor (4a, 4b, .... 5a, 5b, ...) is verbonden. Hierbij 1 blad tekening