TW391010B - A method and apparatus for reducing the bias current in a reference voltage circuit - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明説明（、） 發明領域 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 LI a 本發明僳關於在參考電壓電路中用以降低偏壓電流之一 種電路。更特別的是其關於用以降低供電至一半導體記億 器之參考電壓之電流消耗之方法及電路。 發明背景 多種參考電壓是提供用於供電一半導體記億器。這些電 壓是自少數（或僅是一個）參考電颳電路導出，例如一能帶 隙（BANDGAP)參考電路供應一參考電壓至一同步DRAM(動態 隨機存取記憶器）。 此能帶隙參考電壓電路典型的自一電源消耗7-10WA(徹 安培）之恆流。此電流消耗量在當晶Μ之正常蓮作時是可 接受的，其時此晶片之全部電流消耗量是在幾百亳安培之 限度内。但是在降功率（POWER DOWN)模式中，晶片之最大 電流消耗量是大約100« A大〇在此事例中，參考電路之功 率消耗鼉所佔用全部功率之消耗量就有顯著重要了。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 一種在備用模式中降低功率消耗景之方法是提議在美國 專利5,189,316中，其標題是“具有活動模式及備用模式 之降電壓産生器 ’’ （Stepdow n Voltage Generator Having an Active Mode Aad a standby Mode)。根據其掲露，一 積體電路包含一降壓電路用以降低由一外部電源供電之供 電電壓，一去激活裝置用以在備用模式中使降壓電路失能 (去激活），及一供電電壓施加裝置用以在備用模式中直 接施加該供電電壓自一外部電源至主電路。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 (: > ) 發 明 簡 述 根 據 本 發 明 之 一 圖 說 實 施 例 t 一 穩 定 之 參 考 電 m (VREF) 是 儲 存 在 積 體 電 路 中 » 類 如 同 步 DRAM 晶 片 之 電 容 器 上 /—V 請 先 t 及 産 生 此 VREF 之 一 參 考 電 壓 電 路 在 晶 Η 之 降 功 率 狀 況 被 閲 讀 背 測 出 時 即 與 VREF ，節 點 切 離 〇 降 功 率 狀 況 之 測 出 開 動 一 計 數 面 之 器 〇 當 降 功 率 狀 況 存 在 於 一 第 一 預 置 時 段 時 > 參 考 電 壓 電 意 事 項 路 又 白 饋 送 之 外 部 電 源 切 離 〇 在 降 功 率 模 式 中 之 第 二 預 置 再 填 時 段 後 > 外 部 電 源 是 再 連 接 至 參 考 電 壓 電 路 〇 VREF 節 點 即 Λ 装 當 在 降 功 率 模 式 中 有 __. 第 三 預 置 時 段 或 是 此 降 功 率 模 式 已 終 止 時 再 連 接 至 參 考 電 壓 電 路 〇 若 降 功 率 模 式 是 在 到 達 第 一 預 置 時 段 前 終 止 ， 參 考 電 壓 電 路 是 再 連 接 至 VREF 節 點 〇 tr 本 發 明 之 一 圖 說 實 施 例 包 含 一 振 盪 器 用 以 産 生 __^ 供 給 至 計 數 器 之 一 時 鐘 信 號 〇 計 數 器 輸 出 計 數 器 信 號 ( 即 時 間 標 誌 ) 至 一 控 制 電 路 蓮 作 之 控 制 器 〇 "~·* 第 開 關 設 置 是 安 置 • 在 參 考 電 壓 電 路 輸 .出 與 電 路 中 之 VREF 節 點 之 間 * 並 選 擇 地 •絲 白 參 考 電 壓 電 源 切 離 VREF 節 點 〇 一 第 二 開 關 裝 置 是 安 置 在 參 考 電 壓 電 路 輸 入 與 外 部 電 源 之 間 1 選 擇 性 地 切 離 饋 電 參 考 電 壓 電 路 之 電 源 〇 第 一 及 第 二 開 關 電 路 是 連 接 至 控 制 器 並 由 其 控 制 〇 參 考 電 壓 VREF 最 佳 是 ΠγΤ· 瞬 時 儲 存 在 晶 Η 電 路 内 之 __. 電 容 器 中 〇 此 電 容 器 可 能 是 電 路 中 之 去 耦 合 電 容 器 之 一 〇 瞬 時 儲 存 之 VREF 經 第 開 關 裝 置 促 成 -4 參 考 電 壓 電 路 之 循 環 連 接 及 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 _B7_' 五、發明説明（5 ) 切離而不會間斷電路之運作。 本發明之更加完金瞭解及其眾多隨附之利益將由參考下 面詳細說明及一併考慮伴隨圖示而立即明瞭。在圖示中相 同之參考符號指示同樣或相似之組件。 圖示簡單說明 第1圖是根據本發明之一偏壓電流揭低電路之方塊圖。+ 第、2圖是在DRAM之降功.率模式時用以控制功率保存之一 狀態機器（控制器）之狀態圖。 最佳實施例詳細說明 本發明廣言之係有關於功率保存，並特別的是在電子電 路中之功率保存。為便於討論，本發明是以半導體記億器 電路作文字說明。但是本發明是較為廣大並是可應用於使 用參考電壓電路之很多電子電路。 參考第1圔，控制電路10包含一開關24a,其是選擇地連 接參考電壓電路12至VREF節點。開關24b選擇地連接參考 電壓電路12至一外部電源（未顯示），為此並使得一控制器 14選擇性地激活或去激活參考電壓電路12。控制器14是一 狀態機器，適合於控制在參考電壓電路12與其外部電源間 之開關連接，以及其至VREF節點之連接。精於此技藝之人 士可明瞭此狀態機器（控制器14)能以簡單邏輯電路安裝， 例如邏輯閘，正反器成較為複雜之處理器控制電路。 開關24b是顯示為代表一種方法之符號。用此方法，參 考電懕電路1 2就能因切離其外部電源而失能。其他電子智 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 請 先 閲 讀 背 之 注 I II i 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局貝工消费合作社印聚 A7 __B7_______ 五、發明説明（十） 蒹方法用於使參考電壓電路12失能者亦可採用而不會偏離 本發明掲露之範圍。 控制器14自計數器16接收計數器信號28,此計數器是由 振盪器18産生之一時鐘信號26所驅動。振盪器18可以是用 於其他晶Η功能之現有振盪器其在降低功率模式中不可關 閉或為此目的所設計之專用振盪器。至於此其他晶片功能 在降功率模式中是不能關閉的。 當開關24 a是閉合時，參考電壓電路12是在整個晶片上 晶片連接至，例如去耦電容器20以及至電晶體22之閘極， 其形成一另加之寄生電容。此另加之電容可完ΐ是寄生的 或是合併之去耦寄生電容。參考電壓電路12並未驅動任何 歐姆負載。 在晶Μ之升功率時，電容器20將被充電至VREF。此參考 電壓VREF將在此電容器fc保持穩定，即使是參考電壓電路 12在開顔與VREF節點分離時亦然。電容器2 0有效地取樣 VREF電壓並將其儲存。由於VREF是僅連接至電晶體22之閘 極，自VREF節點之漏電是特別的小，因而開關24a及24b能 斷開之時間是在毫秒或更高之限度内。 在降功率模式中，控制器14斷開開關24a將VREF節點與 參考電壓電路12分離。在降功率模式經歴一段預置時間後 ,控制器14即切離參考電壓電路12與其外部電源（經開關 24b)以去激活參考電壓電路12。開蘭24a之斷開預防電流 自VREF節流通至參考電壓電路12中，而電路12之自其外部 -6- 請. 先 閲 背 之 注 項. 再 y Ά 裝 訂 線 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 _B7_' 五、發明説明（5 ) 電源切斷致使參考電壓電路12之功率消耗成為零。 由於要保證在VREF節點之漏電流有補償，故參考電懕電 路1 2是選擇地飲動（即是再連接至外部電源）於正常間隔間 (例如每2bs接通40α 5)。在參考電壓電路12之輸出電壓是 穩定後，開關24a是閉合以再連接VREF節點至參考電壓電 路12。因此由於漏電流使VREF之壓降已得補償。此週期之 定時是依賴待作補僂之漏電流量而定。例如，若漏篇流是 低時，需用於補價：之定時將是較小於當漏電流是高時。開 關24 a之最小通斷比是此處理持性之函數，並能根據在 VREF節點上之實際漏電流而調節。 第2圖顯示，在晶Η之升功率或降功率模式期間控制器 14之運作狀態圔。在蓮作或升功率時，參考電壓電路（RVC )12是歆動（即是經開開24b連接至其外部電源），而開關 24a在當RVC 12之輸出是穩定時是閉合以連接RVC 12與 VREF節點。當降功率模式被測出時（控制狀態42) , RVC 12 是啟動，開關24a是斷開以切離VREF節點與RVC 12及計數 器〗6被重設。.隨計數器16之重設及VREF節點自RVC 12切離 後，計數器16開始運行，而RVC 12停留在狀態44。若此晶 K停留在降功率模式，如在去激活之結果，計數器16將到 達一第一預置之定時標誌，及RVC 12將在狀態46由斷開開 蘭24b而切斷。若在到逹第一計數器標誌及進行至狀態46 後，‘晶片不是在降功率模式或計數器16到逹一第二定時標 誌時，控制器14就進行至狀態48,其處開開24b是閉合及 -7- 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ----^-------^-------訂-----：—鍊' • , ' . - · (請先聞請背面之注意事項再填) A7 B7 五、發明説明（) RVC 12被再檄活。若降功率模式在計数器16至達其第一定 時標誌之前因某種原因而暫停（例如晶片功能需要時），則 控制器14進行至狀態50,由閉合開關24a以再連接VREF節 點與RVC 12。 當晶Η不再在降功率模式中，或計數器16到達一第三定 時標誌時，控制器14進行至狀態50,該處開關24a是閉合 以再連接VREF節點至RVC 12。在狀態50,計數器仍在蓮作 。當晶Η是在降功率模式中時，控制器I4進行至狀態42, 斷開開關24a及重設計數器16以重新開始此過程。當晶Η 不是在降功率模式中時，控制器14進行至狀態40,在該處 開開24 a被閉合及計數器被停止。 預置之定時標誌，其實現狀態46, 48及50並是根據在有 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ---------^------,訂----- (請先聞讀背面之注$項再填 開電路中需要作補償之漏電流景而變化。在本發明之一圖 說實例中，RVC 12是在毎2ms被開動40wS。因此當降功率 模式被測出時，RVC 12是已被接通，所以第一預置定時標 誌是在自計數器之開動後約40w S被設定（狀態42)。參考 第2圖，在狀態46中之RVC 12之去激活將在狀態4 2計數器 之重設後約40 wS發生，竑假設此時晶片是停留在降功率 模式中。第二及第三定時標誌是不如第一定時標誌之緊要 ,其是根據致動VREF節點經開關24a與RVC 12之輸出連接 及切離，以及再連接RVC節點至其外部電源所需之通/斷 定時比而設定。因此，狀態42及44之初始40wS將儘可能 的稍低於狀態48及50之開關切換比所需另外之時間補償， -8 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ......................... w.'**·*· A7 B7 五、發明説明（a ) 此 係 發 生 在 RVC 12亦 是 活 性 或 接 通時 〇 1 a 例 如 1 在 降 功 率 模 式 中通 過 狀 態42 44 46 λ 48及 50之 1 1 週 期 之 金 部 處 理 t 僅 需 時 2 η s 〇 此時間之大部份（即 1 . 96 ms /«—Ν 請. 1 1 )是消磨於RVC 12是切斷之狀態46中。 用於狀態42、 44及 閲 背 I 48 50之 剩 餘 時 間 是 當 RVC 12是 接通 時 之 狀 態， 所 以 總 共 η 面 之 注 1 1 僅 有 0 . 04 n s 或 4Θ U S是活性的。 1 1 雖 然 本 發 明 是 掲 露 為 在 半 導 體 記憶 容 器 之 降功 率 模 式 時 今- 再 填 1 1 之 功 率 節 省 技 術 9 但 亦 計 劃 在 正 常運 作 時 納 入此 項 技 術 〇 Λ i l 由 於 在 正 常 蓮 作 時 半 導 體 晶 Η 之 功率 消 耗 是 高出 降 功 率 模 1 I 式 甚 多 * 故 其 可 得 之 功 率 節 省 實 質上 較 小 〇 又半 導 體 晶 Η 1 1 I 之 正 常 蓮 作 將 不 •iS»· 被 本 技 術 中 斷 〇 1 所 以 應 該 瞭 解 本 發 明 不 受 限 制 於本 文 在 此 掲露 之 特 定 實 訂 I 施 例 > 如 實 行 本 發 明 所 企 劃 之 最 佳模 式 % 更 加本 發 明 除 隨 1 1 I 附 之 申 請 專 利 範 圍 中 所 界 定 者 外 並不 限 制 於 本說 明 書 所 描 1 1 1 述 之 待 別 施 例 〇 1 .線 經濟部中央梂準局負工消费合作社印袈 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 主要： 示件 之說明 10 控 制 電 路 12 參 考 電 壓電路 14 控 制 器 16 計 數 器 18 振 盪 器 20 電 容 器 22 電 晶 體 24a , 24b 開 關 26 時 鐘 信 號 28 控 制 信 號 40, 42, 44, 狀 態 46, 48, 50 -10- (請.先閱讀背面之注意事項再填T‘頁) -絮. ,ι,ιτ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )人4«<格（2IOX297公釐）

Claims (1)

1. 87115339 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消费合作社印策 六、申請專利範圍 1 . 一 -在 參考 電 壓 電 路 中 用 以 降 低 功 率 消 耗 之 方 法 包 括 之 步驟 • 儲存 —參 考 電 壓 (VREF) 至 少 在 由 該 參 考 電 壓 電 路 供 電 之 電路 中之 一 電 容 器上 9 i 探侧 該供 電 電 路 之 ™· 降 功 率 模 式 » 失能 該參 考 電 壓 電 路 1 在 當 該 降 功 率 模 式被 測 出 時 於 該供 電電 路 内 之 VRIFSJ 點 / 測量 該降 功 率 模 式 之 時 間 及 去檄 活該 參 考 電 歷 電 路 於 該 降 功 率 模 中 之 __. 第 - 預 置 時 間間 隔之 後 Ο 2 .如 申請 專利 範 圍 第 1 項 之 方 法 I 又 包 括 之 步 驟 有 再激 活該 參 考 電 壓 電 路 於 該 降 功 率 模 式 中 之 第 二 預 置 時間 間隔 之 後 再連 接該 參 考 電 壓 電 路 與 該 V R E F 節 點 〇 3.如 库請 專利 範 圍 第 1 項 之 方 法 » 又 包 括 之 步 驟 有 再連 接該 參 考 電 壓 電 路 與 該 電 路 内 之 VREF 節 點 於 當 該 隆 功率 模·式 在 一 第 預 置 時 間 間 隔 之 前 終 止 時 及 停止 該降 功 率 模 式 之 時 間 測 量 〇 4 ..如 申請 專利 範 圍 第 1 項 之 方 法 f 其 中 去 能 該 参 考 電 壓 電 ，路 於VREF節 點 之 liL BS W JK 曰 疋 由 斷 開 -m 接 該 參 考 電 壓 電 路 與 該， VREF® 點之 __. 開 關 而 執 行 〇 丘.如 申請 專利 範 圍 第 1 項 之 方 法 * 其 中 該 去 激 活 參 考 電 壓 電 路之 步驟 又 包 括 切 離 該 參 考 電 壓 電 路 與 一 外 部 電 源 之、 -1 1- 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 請 先 閲 背 Λ 之 注 意 事 項 再 填 裝 A8 B8 C8 D8 391010 申請專利範圍 鯉濟部中央標準局男工消費合作社印製 步驟，該外部jg源提供電力 6·如申誚專利範圍第2項之方 K電路與該VREF節點之步驟 預置時間間隔後執行。 7.如申請專利範圍第2項之方 壓電路與該VREF節點之步驟 時執行。 8 種在參考電善-電路中用於 考電壓霉路産生一參I雷壓 功率，該裝置包括： 一計數器，具有一時鐘信 .一控制電路，用於探測一 少具有偶和於該時鐘信號输 出用以输出控制信號； 一開關，連接至該多個控 以連接及切離.讀參考電颳電 以反應於該控制信號在該降 ^如申請專利範圍第8項之裝 連接至該VREF節點及適用於 1 0.如审請專利範圍第8項之裝 至該計數器用以産生該時鑌 U.如申請專利範阐第8項之裝 電路之降功率狀況是測出時 -12-至該參考電壓電路。 法，其中該再連接該參考電 是在降功率模式中之一第三 法，其中該再連接該參考電 是在當該降功率模式已終止 降低偏&電流之裝置，該參 (VRJF)及接收來自一電源之 號輸出； 降功率模式，該控制裝置至 出之一個輸入及多個控制輸 制輸出及該參考電壓電路用 路與該電源及與一 VREF節Jfi 功率模式之測出。 置，又包括至少一電容器， 儲存該參考電壓VREF。 置•又包、括一振盪器，連接 信號。 置，其中該控制電路在當該 ，控制該開開装置以切離該 I . — ，I^1· (請先閲讀背面之注意事項再填寫^Ιζ 訂 線.· 良紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐）

   Β8 C8 D8 391010 六、申請專利範囷 電懕電路與該VREF節點。 1 2 · 申.請專利範匯第8項之裝置，其中.該控制電路在當該 電路之降功率狀況存在.有一預置畤間時，控制該開開裝 輦以、切離該參考電壓電路與該電源。 13.如申請專利範圍第8項之裝置 其中該開蘭又包括： •第—開關裝置，锅合至該多個控制輸出之一及連接該 H電歷電路與在一電路®之一VREF節點； 第二開蘭裝置，耦合至該多個控制输出之一及連接該， 參考霞鬣電路與該電源。 14 · -V種在參考電壓電路中用以降低偏壓電流之裝置，該參 考電懕電路産生一參'考電壓VREF及接收來自一電源之功 率，該裝置包括： 一振盪器用於産生諸時鐘信號； t 一計數器，連接至該振盪器裝置及具有一時鐘信號輸 出； 一控制器，用於探測一降功率模式及具有至少一傾输 人賴合於該時鐘信號输出及多姻控制輸出甩以輸出諸控 制' 信號； 产一第一開關，連接於該參考電壓電路與VREF節點之間 ，並镇合至該多健控制-輸出之一掴，用於反應於一收到 之控制偉_號以選擇地切離該參考電壓電路與一 VREF節點 ♦ » —第二開蘭，.壤接於該參考電壓電路與該電源之間， -13- 本紙張尺度逋用中國國家椹率（CNS M4规格（2丨0X297公漦） I---------裝---- (祷先閱讀背面之注$項再填寫本Μ) 訂 l·線· 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A8 B8 391010_SI___ 六、申請專利範圍 並緇合至該多個控制輸出之一値，用於反應於一收到之 控制信號以選擇地切離該參考電壓電路與該電源；及 至少一艏電容器，連接至該VREF節點，並適用於儲存 該參考電壓VREF。 I ^ 1 ~裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本 <) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ~ 1 4 - 本紙張尺度逍用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐）