經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ 4 6 9 7 〇 1 Λ7 ___________ B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明係有關於類比同步電路，其係裝設於同步DRAM 中’依據外部時鐘訊號來發出與之同步之内部時鐘訊號。 在該半導體記憶裝置中，針對晶片外部所提供的外部時 鐘訊號’有必要讓晶片内郡所產生的内部時鐘訊號產生同 步。在晶片内邵，當輸入緩衝器接受外部時鐘訊號並將該 外部時鐘訊號在晶片内部進行分配後，由於緩衝器或配線 的延遲之故’使得晶片内部和晶片外部之間的時鐘訊號產 生相位差異。爲了解決該問題’許多可使晶片内部和晶片 外部之時鐘訊號之同步電路被開發出來。 該同步電路包括如下鏡射型DLL(Delay Locked Loop): SMD(Synchronous Mirror Delay)，其係揭示於ISSCC Digest of Technical Papers, pp.374-375， Feb.1996 ，名稱爲 「T‘Saeki,et al.uA 2.5ns Clock Access 250MHz 256Mb SDRAM with a Synchronous Mirror Delay”」：以及 STBD(Synchronous Traced Backward Delay)，其係揭示於美 國專利專刊 No.5,867,432、No.5,986,949、Ν〇·6,034,901。鏡 射型D L L具有相當快的同步速度，可自外部時鐘訊號之第 三個訊號起，產生與外部時鐘訊號同步的内部訊號。 圖1爲向來之鏡射型DLL之一例。該鏡射型DLL包括： 輸入緩衝器（IB):輸出緩衝器;延遲監視器（DM)，其 係由上述緩衝器之複製電路所構成，用於監視其延遲時 間：以及延遲線（DL)。延遲線（DL)由前進脈衝延遲線D L 1 與後退脈衝延遲線D L 2兩種所構成，其係利用可將前進脈 -4 - 本纸張尺度適用中國國家標準（cn-s)a;1規格（210 X 297公釐） -------------裝------L---訂，--------線 i. ί (請先閱讀背面之注急事瑣再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印- d 6 9 7 Ο 1 Λ7 ----------B7____ 五、發明說明（2 ) 衝延遲線上之延遲時間鏡射於後退脈衝延遲線上的鏡射動 ”步動作，因此，如何使兩延遲線上之延遲時間 元王相等，即爲決定同步精度的重要因素。 向來之延遲線（DL)是由反轉電路等複數的邏輯閘串聯而 成二其延遲線上之延遲時間是依照如下機制來決定的：根 據前進脈衝通過多少段用來構成前進脈衝延遲線dli之邏 輯閘，而後退脈衝通也過多了少段用來構成後退脈衝延遲 線D L 2足邏輯閘。如此—來，延遲時間相當於被量子化後 之邏輯閘的段數。 因此，如團2所示，前進脈衝延遲線上之延遲量和後退 脈衝延遲線上之延遲量無法相等，而產生量子誤差。 發明説明 本發明的目的爲提供一類比同步電路，其功能爲防止量 子誤差’並使前進脈衝和後退脈衝之實際延遲量相等。 根據本發明’其包含：第一電容器；第一電流源電路， 其係用來因應上述第一時鐘訊號而對上述第一電容器開始 充免’並因應比上述第一時鐘訊號遲的第二時鐘訊號而停 止上述充電；第二電容器；第二電流源電路，其係用來因 應上述第二時鐘訊號而對上述第二電容器開始充電；比較 電路，其係用來對第―、第二電容器之充電電昼進行比 較’當兩者一致之際則輸出定時訊號。上述的比較電路包 含：第一開關，其一端用來接受上述第一電容器之充電電 壓；第二開關，其一端接受上述第二電容器之充電電壓， 他端則與上述一電容器之他端共同連接；第三電容器，其 -5- 本纸張尺度適用中@國$標準（CNS_)A4規格χ 297公餐y -------------裝-----r---訂·--------線 - ί 、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 ^6 9701 五、發明說明（3 —端與上述嚴 ' ’弟〜、第二開關之他端的共通連接節點連接； 弟一立曾中昌雨 % 上述第三電容器的他端與其輸入節點連 接，而其輪+ & 、丨κ即點則用來輸出上述定時訊號；以及第三開 々其係用來把相當於上述第一增幅電路之閥値電壓之 恩，對上述第-a .. ^ 禾〜也容器的他端進行供給控制。當上述第— 及第二開關導通時，第二開關被控制爲#導通狀態，而第 一開關導通時，μ ^ 守 罘一及第三開關被控制爲非導通狀態。 丨丨"Mk 圖1爲向來之鏡射型DLL之一例之區塊圖。 圖2爲用來説明向來之問題點的特性圖。 圖3爲關於本發明之第一實施型態之類比同步電路整體 電路圖。 圖4爲在圖3中所用之部份訊號波形圖。 圖5爲用來説明圖3電路動作的訊號波形圖。 圖6A和圖6B爲用纟生成在圖3中所用之部份訊號之電路 的電路圖。 i爲“ 圖，其係用來説明在圖3中所用之定流源電 路的原理。 二t特性圖，其係用來説明在圖3中所用之定流源電 圖9 Α和圖9 Β爲一訊號波形圖，其係 路的動作。 係用來說明在圖3中電 明圖I·0二和圖1 〇β 一標誌圖和詳細電路圖，其係用來説 ’在圖3電路中被作爲比較器使用之差動增幅電路。 6 - ---------------裝-----1---訂--------- ^ ί (請先閱讀背面之注意事^再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'1^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公髮） 6 4 y ?〇 五、發明說明（4
蛵濟部知曰慧財產局員工消費合作社印製
圖11爲圖3電路所使用電路之詳細站 圖i 2爲用來說明圖i !之比較構电路圖。 比車又為動作之一部份訊號波形 〇 圖1 3爲一電路囷，其係用來説 用開關的詳細結構。 圖Π比較器中所使 圖1 4爲一詳細結構電路圖，立 『砂士扣 "保用來說明，盥本發明 二實施塑態有關之同步類比電路上 ” 又叱較器。 圖1 5爲一輸出特性圖，其係用决 ' 木順示圖1 4比較器中 用之反向器之輸出特性。 間1 4比敉态〒 圖16爲用來説明圖14之比較哭叙从 ™助作之—部份訊號波 團0 圖17爲包含圖11和圖14之比舫哭^ 比較盗同步類比電路之等 電路圖。 圖18爲包含圖11和圖14之比較器内& χ洛问步類比電路之等 電路圖。 圖Ι9Α和圖19Β爲一等價電路圖， 具係用來説明，血 發明第三實施型態有關之同步類比電路原理。 ” 圖2 0爲一詳細結構電路圖，其係用二。 J木况明，與本發明 三實施型態有關之同步類比電路上乏 … 包岭上艾比較器。 圖2 1爲一詳細結構電路圖，：it佴閉A . /、保用來說明，與本發明 三實施型態有關之同步類比電路上夕t _ + 电格上又比較器（但與圖20 不者不同）。 圖2 2 Α和2 2 Β爲一標語圖及开体社4致 二.， — 兀仵構切面圖，其係用 %明’在L S I上貫現上述各實施型能 > 不 土叫 < 電容器時的Μ 0 S 圖 第 所 形 本紙張用中㈣家標iMCNS)A:l規格⑵G χ 297^17 4 6 970 A7 B7 五、發明說明（5 體結構。 圖23馬使用圖22所示tM〇s晶體所構成之m〇s電容器 圖。 α 圖24Α乃至囷24D爲相對於後閘之閘電壓（gate)和電容 c(gate)之間的關係特性圖，其係與包括本發明第四及第2 之各實施型態上所用之N頻μ 0 S晶體方面有關。 圖2 5爲上述第五實施型態上所使用之Ν頻Μ 〇 s晶體之元 件結構切面圖。 圖26爲使用圖25所示之M0S晶體所構成之M〇s電容器 圖。 ° 圖2 7爲一詳細結構電路圖，其係用來説明，與本發明第 八實施型態有關之同步類比電路上之比較器。 發明之實施哦熊 以下’參考各圖針對本發明之實施型態進行說明。 (第一實施型態） 圖3所示爲揭示於特願平1卜2287 10號之類比同步電路之 整體電路結構。該電路基本上具有和鏡射型D L L相同的結 構’其包括：輸入緩衝器（IB)ll，其係用來輸入外部時鐘 訊號ECLK ;延遲監視（DM) 12，其係用來接受由上述輸入 緩衝器1 1所輸出的時鐘訊號ICLK ;以及輸出緩衝器 (OB) 1 3，其係用來輸出與外部時鐘訊號ECLK同步之時鐘 訊號CK。 此外，該電路還包括二個充電平衡延遲器14、15(以下 略稱爲CBD)。CBD14、15即相當於向來之鏡射型DLL之延 -8 - 本纸張尺度適用中國固家標準（CN—S)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事一 項 再 填 寫裝 本衣 頁 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'私 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 469701 ——--~~__ 五、發明說明（6 ) 遲線。如後所述，CBD14 ' I 5依照外部時鐘訊號之連續2 個週期各自產生一次動作。因此，該二個Cbdi4、】5交互 動作’其輸出訊號透過OR電路16來供應給輸出緩衝器 13° 此外，在圖3中之AND電路17、18，爲了使該2個 CBD 14、1 5殳互動作之故，而依訊號丁2、/丁2( /爲反轉訊號） 對時鐘訊號ICLK實施分開振擺。訊號τ 2乃是將時鐘訊號 ICLK進行分頻所產生的訊號。 圖4所示爲’囷3電路所使用之時鐘訊號ICLk與訊號丁2 ' /T2之間的相位關係。 此外，由於進行交互動作之故，輸入CBD14、〗5之時鐘 訊號e-CL、o-CL，從時鐘訊號ICLK起各自比AND電路延 遲一段。爲補償該延遲’在延遲監視器1 2的後段設置屬於 串聯電路的AND電路19、20，以及屬於串聯電路的and 電路21 '22。AND電路20、22爲虛設電路，其各自一端 的輸入節點連接於‘‘ Η ’’電平的電源電壓v c c上。A N D電路 1 9、2 1之一端的輸入節點則被提供訊號T2，、/ T2,該訊號 T21、/ T21乃是用來調整定時的訊號，爲將上述訊號T2、 /T2進行適當延遲所產生的。 由於CBD14、15的結構相同，因此僅以CBD14來進行説 明。CBD14包括：二個電容器Cl、C2 :定流源電路S1、 S2，其係用來將電容器Cl ' C2實施充電；比較器 (CMP)23，其係用來比較電容器Cl、C2上之充電電壓vi、 V2 ; N頻Μ 0 S晶體N1 ' N2，其係用來將電容器C!、C2之 -9 - 本纸張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !.------------裝---- (請先閒讀背面之注意ιι-ϊκ再填寫本頁) 訂- •線. A7 B? 五、發明說明（7 ) 充電電壓放電及進行重設；以及延遲電路（Dl)24。在此， 該電容器C 1相當於前進脈衝延遲線，而電容器c ?則相夺 於後退脈衝延遲線。 電容器Cl、C2的電容實質上是相等的，而定流源電絡 S 1、S 2的電流里也被設定爲相寺。定流源電路s 1依匚b d 14 之輸入節點D i η所供應之脈衝訊號e - d m C L，而開始進行# 流輸出動作；並依脈衝訊號e-CL而停止電流輸出動作。此 外，定流源電路S 2依脈衝訊號e-CL而開始進行電流輸出 動作，並依來自比較器2 3之脈衝訊號e_CK之延遲訊號而 停止電流輸出動作，該延遲訊號係經由延遲電路2 4所延 遲0 重設用之晶體N I係依A N D電路1 8所輸出之時鐘訊號 o-CL而被重設，而晶體N 2則是依延遲電路2 4所輸出的訊 號而被重設。定流源電路S1、52及比較器23之詳細結 後所述。 D σ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 — — — — — — - !- (請先閱讀背面之注意^¾再填寫本頁) .線 接著，參考圖5針對上述CBDi4進行說明。當AND電路 20所輸出的脈衝訊號^(1111(：^提供給輸入節點DU時，因定 流源電路S 1的作用，電容器c i開始充電。由於該電容哭 C 1疋。以疋電流充電之故，其與定流源電路s ^的連接節點 之電壓VI會以—定的比率增加。其後，當由AND電路” 傳來脈衝訊號e-CL時，則電容器c i停止充電，同時電容 器C2開始進行充電。當定流源電路82與電容SC2間之2 2節點之電壓V2達到與充電停止後之電容器Ch之充電 %壓V 1同値時，則比較器2 3對輸出節點輸出脈衝訊 -10· 本紙張尺度適时關家標(咖x 297 〉
/!, G 0 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制私 五、發明說明（8 ) 號e - C K。遠脈衝訊遗e _ c K係透過延遲電路2 4提供給定流 源電路S 2 ’使定流源電路s 2停止動作。 由於電谷器C 1、C 2的電容彼此相等，而定流源電路$ 1、 S2的電流供給量也相等，因此電容器^ i之充電電壓v 1達 到V 3所需時間和電容器C 2之充電電壓V 2達到v 3所需時 間也是相等的。如此一來，如圖5所示，與從輸入節點 D i η接受脈衝訊號e-dmCL起到接受脈衝訊號e-CL爲止所需 時間之相同時間，被鏡射爲輸出節點D 〇 u t接受脈衝訊號 e-CL起到接受脈衝訊號e_cK爲止的時間，並將之輸出。圖 5所示之電壓VI、V2均爲類比量之故，在將充電時間進射 之際，實質上並不會產生量子化誤差。 此外’當C B D 1 5接受到來自A N D電路1 8的脈衝訊號 〇-CL時，則重設用之晶體n 1導通，如此使得電容器c 1被 進行重設。而晶體N 2則受來自比較器2 3，且已經被延遲 電路2 4所延遲的脈衝訊號e-CK所導通，如此使得電容器 C 2被進行重設。在CBD1 5中卻沒顯示出來的晶體N 1受來 自AND電路17的脈衝訊號e-CL所導通，而使CBD15中之 電容器C 1被進行重設。 圖6Α所示爲，由時鐘訊號ICLK來產生訊號Τ2、/Τ2之分 頻電路的部份結構。圖6 Β所示爲，圖6 Α電路上所使用之 延遲電路（DL)之一例。圖6B所示之延遲電路方面，其時 鐘反轉電路的動作係受到圖6 A電路上所產生之訊號a、/ a 所控制。 圖7及圖8顯示了圖3之定流源電路S 1 ' s 2之運作原理。 -11 - 1'------------裝--- (請先閱讀背面之注tih再填窵本頁) i線. 本紙張尺度適用中國國家標準（cns)A4規恪（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 4 6 3 7 0 1 A7 ____ B7 五、發明說明（9 ) 在該情況下’如圖7所示之N頻Μ 0 S晶體，如將閘電壓 V G設定爲適當値’則即使没極（Drain)、源極（Source)間的 電壓V D S有變動，其電流量I d S也不會有變化。因此，如 圖8所示其該項特性可使用爲定流源。再者，該特性並非 僅限於N頻Μ 0 S晶體，在P頻Μ O S晶體上，如同樣將閘電 壓設定爲適當値則亦可將之當成定流源使用。如以接地電 壓對電容器進行充電的話，因源極電壓的變動較小之故， 把Ρ頻Μ 0 S晶體當成定流源使用時，比使用ν頻Μ 0 S晶體 的情形，其定流源特性更佳。 在採用如上述之類比式鏡射型D L L方面，當外部時鐘訊 號ECLK之頻率變動時，則CBD14、15内的電容器ci、C2 上之充電時間亦產生變化，同時也導致在應該用比較器2 3 進行比較的電壓產生變化。圖9 Α所示爲，外部時鐘訊號 ECLK的頻率較高、週期較短時之電容器c 1 ' C2的充電電 壓變化情形：相對的，圖9B則爲，外部時鐘訊號ECLK的 頻率較低、週期較長時之電容器C1、C2的充電電壓變化情 形。 從圖9 A和圖9 B可知道，外部時鐘訊號ECLK的頻率較高 的情形，電容器C 1、C2被充電的期間較短之故，其各自的 充電電壓並不會變得很高。然而，當外部時鐘訊號E ◦ l κ 的頻率較低的情形，電容器Cl、C2被充電的期間較長之 故’其各自的充電電壓會變得稍微較高。 在該情況下’在圖3中的比較器2 3上，如使用如圖1 〇 A 之標被、圖或圖1 〇 B之詳細電路圖所示之一般差動增幅電路 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) II----I I I I---i. I (請先閱讀背面之注意一-^再填寫本頁) 訂，- ，線- 4 6 9 7 0 1 A7 B7 五、發明說明（10) 的冶，被提供爲在該差動增幅電路上進行比較之基準電壓 的充電电壓v 1，因其電壓値隨頻率而變之故，因此差動 ^ b ®路本身所產生的延遲時間也發生變化。因此，相對 於外部時鐘訊號的内部時鐘訊號之偏位也產生變化，最後 則會妨礙廣頻率範圍之同步動作的精密度。 因此’在本實施型態上’比較器2 3採用如圖丨1所示的 結構。圖U所示的比較器，其上述電容器c }上之充電電 壓v 1係由開關s W 1 —端的節點所供應。同樣的，上述電 容器C2上之充電電壓V2係由開關SW2 —端的節點所供 應。而上述兩開關SW1、S2之另一端的節點則共同連接在 —起。再者，開關SW1、S2之另—端節點之共同連接節點 Na與電容gCc之一端的節點連接在—起。而電容器Cc之 另一端的節點則和具有正相輸入節點（+ )和負相輪入節點 (-)之差動增幅電路3 1之正相輸入節點連接在一起。在上 述差動增幅電路31之負相輸入節點方面，由未在圖中顯示 之電路提供一定的電壓’來當成其比較用之基準電壓 Vref。 再者’在上述電容器Cc和差動増幅電路31之正相輸入 節點之共通連接節點N b上，連接著開關S W 3之一端的節 點’而該開關S W 3之他端的節點則與上述基準電壓v r e『之 供給節點連接在一起。 接著’參考圖1 2針對圖1 1所示之比較器的動作進行說 明。在圖1 1所示之開關SW1 ' SW2、SW3，當各處於“H” 電平時則爲導通，而當處於電平爲非導通狀態。再 13- 本紙張尺度適用中國國家標準（Ci<S)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 讀 ¥ 之 注 意 % 再 填 ， 耳裝 本衣 頁 訂 線 絰濟部智«.財產局員工消費合作社印製 d6 970 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（Ί1 ) 者，該比較器的動作，在預備充電期和比較期各處於不同 狀態。在預備充電期的情形，開關SW1、SW3均爲導通狀 態，而開關S W 2則爲非導通狀態；而在比較期的情形，開 關SW1、SW3均爲非導通狀態’而開關S W2則爲導通狀 態。 在預備充電期的情形，在先前圖3的電路方面，當脈衝 訊號e-dmCL被提供給CBD14之輸入節點〇 i η時，則電容器 C1開始充電，電壓VI呈一定的比率增加。在該電容器C1 的充電期間，因開關s W 1呈導通狀態，故電容器c C之一 端的節點’即節點N a，的電壓和電壓V 1同樣呈現增加現 象。此時，開關S W3也呈導通狀態，故電容器C c之他端 的節點，即節點N b，的電壓和電壓Vref相同並趨向恆定。 接著，來到比較期的情形，在圖3的電路方面，當脈衝 訊號e-CL從AND電路17被輸出時，電容器ci之充電停止 的同時’電谷器C 2開始進行充電。此外，與該動作同 步，開關S W 1和s W 3均呈現非導通狀態，而開關s W2則 爲導通狀,％。開關s W 1呈現非導通狀態，而開關s W 2爲 導通狀％時，電容器c C之一端的節點，即節點N a，的電 壓和電容器C2之充電電壓V2趨於相等。此外，在電容器 C2之充電期間時，因開關SW3呈非導通狀態，故電容器 C c之他场的節.點’即節點N匕，的電壓，因受到該電容器
Cc之轉口作用影響’使（從Vref降低⑺_V2)的電位。此 外，在當由開關s W I切換苠π A — „ W @開關S W 2後，電容器C 2之充 電電壓V2因接地電壓vss^nv、 L ΑΓ_ s s為0 V艾故，節點ν b的電壓降爲 -14 表纸張尺度適用中囵國家標準（CNS)A4 -/么餐） -------------裝— (請先JS1S背面之注svf·項再填寫本頁) 訂· -線·
4 6 9 7 CM A7 * -------- B7__ 五、發明說明（η)
Vref-Vl。 差動增幅電路31之逆相輸入節點，因有基準電壓Vref的 供應之故，其後’節點N a的電壓和電容器c 2之苯電電壓 V2呈現同樣的增加，當V2達到基準電恩^^時，差動增 幅電路31之輸出訊號〇υτ由“乙”電平反轉爲“H”電平，^ 前之脈衝訊號e_CK&CBD14的輸出節點Dout被輸出。 在上述的動作方面’外部時鐘訊號ECLK的頻率產生變 化’且電容器Cl、C2之充電時間也有變化的情形，被輸入 差動增幅電路3 1之基準電壓Vref的値仍爲持恆定。基於上 述原因，差動增幅電路31本身所產生的訊號延遲時間，並 不會因外部時鐘訊號ECLK的頻率而變動。而且，基準電 壓Vref不必依賴電容器c〗、C2之充電電壓νι、…而可任意 設定之故，因此可以爲差動增幅電路3丨電壓選擇感度最佳 的電壓，故可在寬廣的頻率範圍内實現高精密度的同步動 作。 圖1 3所不馬，用於圖U比較器上之開關swi、sw2和 SW3的具體電路圖。該各個開關可使用CM〇s傳送閘，其 包括：N頻MOS晶體32，其係並聯連接於汲極和源極^ 間；；Ρ頻MOS晶體33 ;及把用於N頻M0S晶體32之閘控 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 制上之控制訊號閘進行反轉，來提供給]?頻^1〇8晶體33的 閘之反向器3 4。 如根據上述第一時實施型態，鏡射型1)[[上之延遲電路 包括.％谷器C〗、C2，其係以定流源電路s丨、S2進行充 電；比較器2 3，其係將該各電容器之充電電壓進行比較。 -15 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]〇χ 297公发 rr- ά 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 97 0 1 A_ ‘ A; _B7_五、發明說明（13 ) 該延遲電路將前進脈衝、後退脈衝之延遲時間置換爲電容 器中所儲存的電荷量。亦即，其利用定流源電路S 1在僅 相當於前進脈衝之延遲時間的時間内對電容器C 1進行充 電；並把具有和電容器C1相同電容的電容器C2 ^利用和 定流源電路S 1具有同一電流量的定流源電路S 2進行充 電；然後利用比較器2 3對電容器C 1 ' C2的充電電壓V1、 V2進行比較，當兩電壓到達一致時，則將訊號輸出。如此 一來，由於將脈衝訊號置之延遲時間置換爲類比値之故， 所以可預防向來常見之量子化誤差。 此外，將電容器C1、C2的電容及定流源電路S1 ' S2的電 流量設定爲互爲相等，故將電容器C 1充電至某一電壓所 需的時間，即等於將電容器C 2充電至該相同電壓所需的 時間，所以可將電容器C 1之充電時間正確鏡射爲電容器 C 2之充電時間。 再者，如傳統方式般延遲電路由複數的邏輯閘所構成 時，伴隨延遲電路的動作會產生雜訊。相對的，依照此一 實施型態所構成的電容器則可抑制雜訊的發生。 此外，因定流源電路是由受電壓控制之P頻Μ Ο S晶體與 Ν頻Μ Ο S晶體所構成之故，具有電路結構簡單化的優點。 此外，對電容器C 1、C2之充電電壓進行比較的比較器使 用了差動增幅電路，該電路係用來將，不受電容器C 1、C2 之充電電壓影響之恆定基準電壓Vref與使用耦合電路產生 之充電電壓V1、V2之差電壓進行比較。因此，依照外部時 鐘訊號之頻率，比較器本身所產生的延遲時間可以維持恆 -16 - ----------------- (請先閲讀背面之注音？一,ΪΚ再填寫本頁) · ，線 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（21Cx 297公釐） 469701 A7 B7 五、發明說明（14 定，貫現了寬廣頻率範圍之高精密度同步動作。 ，再者，當電容器c 1之電容除以定流源電路s〖之電流量 ’斤得的値，等於電容器C 2之電容除以定流源電路s 2之電 ⑽量所彳于的値時，亦即，電容器c】電容與定流源電路s i 廷l·量的比’和黾谷器c 2電容與定流源電路$ 2電流量的 比達到一定的比率時，則電容器電容或定流源電路電流量 的任何一方並不須要非相同不可。 -此外用來對私谷器C1、C2進行充電的電路並不限於定 泥源電路，使用電流源電路亦可。 (第二實施型態） 圖I 4所示爲，本發明之第二實施型態之比較器2 3的結 構。 該比較器不使用圖11所示之差動增幅電路31，而使用 反向器35來作爲增幅電路。因反向器35只有一個輸入節 點，因此以反向器35之電路閥値電壓來取代上述基準電壓
Vref。反向器之電路閥値電壓在輸人節點和輸出節點發生 短路時自動產生。 圖15所示爲反向器之-般之輸人特性。把輸人節點和輸 出即點短路後，因反向器的輸入電壓Vin和輸出電壓^ 爲-致之故，即使因處理變化而使反向器之輸人特性 變化（圖中虛線的部份所示的特性），仍保有圖中實線部份 所不的特性，故反向器之電路閥値電壓會被設定爲位於 ^V〇Ut之直線和輸出入特性曲線之交又點的理論間値電 -17- -------------! I 請先闇讀背面之注意1,.^再填罵本頁) · .線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 四7公釐） 4 6 9^0 A7 B7 五、發明說明（15 因此，在本實施型態方面，上述開關S W 3連接於反向器 3 5之輸入節點和輸出節點之間。 圖1 6爲圖ϊ 4所示之比較器各節點之波形訊號β在圖1 4 的比較器中’不採用11中之差動增幅電路31而適用反向 器3 5，因此，相對於差動增幅電路3 1之輸出訊號◦ υ τ , 反向器35之輸出訊號OUT之邏輯電平呈現反向。然而爲 了獲彳寸如同在圖1 1般具有同樣邏輯電平之輸出訊號 OUT，故在反向器35之後段設置反向器來使訊號OUT變 爲反向即可。 在本實施型態中，當外部時鐘訊號ECLK的頻率產生變 化’且電容器C1、C2之充電時間也有變化的情形，反向器 3 5之電路閥値電壓値也維持怪定。如此一來，比較器本身 所產生的延遲時間’並不會受到外部時鐘訊號Eclk頻率 影響而產生變化。反向器3 5之電路閥値電壓値不必依賴電 容器Cl、C2之充電電壓VI ' V2，而自動設定在電源電壓 和接地電壓之大約中間値之故，因此反向器3 5可獲得感度 最佳的電塵’在寬廣的頻率範圍内實現高精密度的同步動 作。 (第三實施型態） 接著’針對第三實施型態進行説明，該型態目的爲，在 上述電容器C1之充電期間、及容器C2之充電期間降低上 述比較器2 3之輸入電容的變化。 亦即’在電容器C 1 ' C2之輸入期間，比較器2 3之輸入電 容是不同的。在此將上述圖11中之差動增幅電路31 '圖 ' 18- 本紙張尺度適用中國國家標準（cns)a4規格（210 χ 297公釐） 請 先 閱 讀 背 之 急 Ψ— 再 填 I 寫裝 本衣 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 469701 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（16) 14中 < 反向器35所構成之增幅電路之輸入電容設定 CmU。針對電容器（^實施充電，開關與$们被 =開：SW2處於非導通狀態；在比較器”的預備充 电：間，如圖”之等價電路所示，因開關…處於導通 狀I，増幅電路之輸入電容Cinv丨無法顯現，比較器以的 輸入電容只有電容器Cc。纟另—方面，針對電容器以實 施无電，只有開關SW2被導通；在比較器23的比較期 間，如圖18之等價電路所示，因開關SW3處於非導通狀 態，増幅電路之輸入電容CinW相對於電容器c ^呈串聯狀 態，故比較器23的輸入電容爲Cinvl//Cc。然而’ Cinvl//Cc 所表示的是Cinvl和Cc的串連電容値，即 CinvI.Cc/(Cinvl + Cc)。在預備充電期間和比較期間，如比 較器23的輸入電容不同，則電容器Ci、C2之輸入速度就 不一致’最後就以同步誤差的方式顯現出來。 因此，在本實施型態方面，如圖i 9 A及丨9 B之等價電路 所示’除去了二個開關S W 1、S W 2，而另增設了具有和 比較器2 3等價的電路結構，即虛設電路2 3 '。虛設電路 23_内的電容器Cc'爲具有與比較器23内之電容器cc相同 電谷的電容器’其一端的節點和電容器c c之節點N a連接 在一起。Cinvl'與比較器23内之增幅電路之輸入電容Cinv 具相同電容’該輸入電容Cinvl與電容器cc，之另一節點Nb 接在一起。開關S W 31和比較器2 3内之開關S W 3具有相同 的結構’但開關S W 3'和開關S W 3被控制爲相互處於逆相 動作。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公发） ! I ------I I---裝 *--1 l·---^ »[111111< (請先閱讀背面之注急一,^再填寫本頁) 一 469701
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（π) 在圖19A及寺價電路中 。 由认道业泸，卢μ不A 較益2 3内之開關S W 3 處於導械，虛故電路23_内的開關sw3, 態。在圖1 9B中所π之等價電路 者。 Μ…價電路簡化 和上述者相反，比較器23内之開關SW3處於非導通狀 態，即使導通虛設電路23,内的開 、非泽 呷關SW3時，則和樂爯圖 19Β中所示之等價電路相同的電路。 π又屙® 夕於該構想，—㈣所示爲’如同在圖u般將差動增幅 黾路3 1作爲增幅電路運用於比較器卜的此，冬 裔上的作法，此外，相較 於圖1 1，並增設了由電容器CC,、择巾3 + ~ %電路3 1 ’及開關 SW31所構成之虛設電路23，。 基於該構想，圖21所示爲’如同在圖“般將反向器35 作爲增幅電路運用於比較器上的作法…卜，相較於圖 M，並增設了由電容器Cc,、反向器35.及開關則，所構 成之虚設電路23，。 如前所述，根據本實施型態，因增設了虛設電路”，， 而可使電容器C1、C2之輸入電容相等，且電容器〇、以之 $電速度趨於相等之故，因此可降低因比較器”之輸入電 容不同所導致的同步誤差。 (第四實施型態） :上述第-乃至第三實施型態方面’比車交器2 3之比較基 準電壓値並不受外部時鐘訊號頻率影響而維持恆常，並可 大幅抑制比較器23之延遲時間的變動。而在本實施型態方 面，則針對可進一步抑制該變動的技術進行説明。 -20- 本..氏尺度4用中國g家標华（CNS)A4規格⑵QX视公爱） ------------裝--- (請先閱讀背面之ii意i...Jk再填寫本頁) 訂· -線· 4 6 9
Q Λ7 B7 五 、發明說明（18) 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 在比較器方面’即使比較電壓爲恆定，但如達成噹 電壓之輸人m化速度產生變動，則延遲時^跟二 變化…匕，如€容諸、。之充電速度不受夕卜部時鐘： 號週期影響而維持恆定，則爲理想狀態。電容器C1、Q之 各自的充電速度分別以dv/dt=Ic(Ccap + Cc〇m)來表示，而Ic 爲上述定流源電路S1 ' S2之電流量、以邛爲電容器ci、^ 之電容、Ccom爲比較器23之輸入電容。爲了使心仙維持 恆疋，I C必須爲恆定且（Ccap+Cc〇m)之電容也必須爲恆A 才行。 、疋 一般而言，電容器C1、C2,在LSI中以使用如圖22八之 標記所示之Μ 0 S晶體來構成者較多。圖2 2 b所示爲，圖 2 2 Α之Μ 0 S晶體的元件結構β亦即，在ρ型半導體區 域（ρ-subMl上設置了·•源極42，其係由^型擴散區 楫成；汲極4 3 :後閘（back-gate)44，其係由p +型半導體區 域所構成。此外，在源極、汲極問之頻道區域上，透過絕 緣膜（gate oxide)45，也設置了閘電極（gate)46。 此外，如圖2 3所示也使用了 M 〇 s電容器，其係將％ 〇 s 晶體的源極、汲極間短路，把後閘連接於接地電壓的節點 上，並把在閘電極和後閘間所產生之閘電容當成上述電容 器使用。 然而’在圖2 2 A之N頻Μ 0 S晶體方面，其相對於後間之 Μ 0 S晶體的閘電壓V(gate)與電容c(gate)間的關係，則如 圖2 4 A所示。依照圖2 4 A所示，當後閘電壓爲接地電壓 (Vss)時’如將閘電蜃V(gate)由接地電壓之〇 v開始進行充 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 *： 297公釐） --------------裝---- (請先閲讀背面之注*|^、再填寫本頁) 訂 -線· Α7 B? 五、發明說明（19) 電二則在達到C閥俊電壓V t h爲止的空乏(depleti—期間， 電谷會隨同充電電壓產生變化。 因此’在本實施型態方面，Λ述電容器C1' C2，因使用 閥値電壓vth較低的M0S晶體來取代一般之M〇s晶體， 故可把閘電容變動的區域抑制成問電壓較低的領域，^閘 電壓升到-定程度時，問電容會維持板定。再者，= 用空之型Μ 〇 S晶體的話，如圖2 4 A所示，即使閘電壓與 接地電壓相等時，也會在反轉（inversi〇n)區域產生動作 使閘電容趨於恆定。 (第五實施型態） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ 在上述第四實施型態方面，針對使用在反轉區域動作之 Μ 0 S晶體來作爲電容恆定之電容器的情形進行了説明。 然而，在上述以聚合矽爲閘電極之導電材料的矽閘M〇 s 晶體方面，其反轉區由於閘之空乏層化的作用，因此會如 同圖24C般產生閘電容減少的現象。爲了避免此—影響， 只要使之在堆積（accumulation)區域產生動作即可。爲了讓 N頻Μ 0 S晶體在堆積區域產生動作，譬如，可將後閘設定 爲電源電壓V c c即可。接著’爲了將後閘設定爲電源電壓 V c c，就有必要把Ν頻Μ Ο S晶體的後閘從基板上實施電氣 分離。 爲達成上述目的，可採取如圖2 5所示之元件結構的ν頻 MOS晶體。在圖25上，其ρ型半導體區域（p-sub)5 1上設有 η型井狀區域（n-well)52。在該η型井狀區域52上設有p型 丼狀區域（p - w e 11) 5 3。在該ρ型井狀區域5 3上設有：由η + -22 - ^紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公1 ~ 4 6 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（2〇) 型擴傲區域所構成的源極5 4和汲極5 5，以及由P +型擴散 區域所構成的後間接頭56(back_gate collector);而在 源極' 汲極間的頻道區域上，設有被覆著閘絕緣 腱（gate oxide)57的閘電極（gate)58。此外，在上述n型井狀 區域5 2吓設有，對η型井狀區域5 2提供偏壓 由n +型擴散區域所構成的井狀接頭59。 如上述，採用三重井狀（triple weI1)結構，將井狀接頭59 及後閘接頭56連接於電源電壓Vcc的話，則如圖26之等 價電路所示，可將M0 S型電容器之後閘設定爲電源電壓 Vcc，且可使_M0S型電容器在堆積區域產生動作。如此 一來，閘電壓V(gate)和電容C(gate)的關係就如同圖24D所 示般’對閘電壓其閘電容可維持恆定。 再者，依照η型區域，從p型半導體區域來形成電氣分離 後的ρ型井狀區域一事，這在DRAM方面，爲了把電池區 域從基板上分離而經常被實施。和該工序一樣，實施p刑 井狀區域之分離工程並不會額外增加工序。 (第六實施型態） 在上述第五實施型態中説明了，採用三重井狀結構，將 MOS型電容器之後閘（即井狀接頭）連接於電源電壓Vcc的 情況。而在非採用三重井狀結構的L S I方面，則使用n刑 半導體區域（n-sub) ’並在該η型半導體區域上形成p型半導 體井狀區域（p-weli) ’然後進一步針對在該ρ型半導體區域 形成之N頻Μ 0 S晶體之後閘（即p型井狀區域）連接上電源 電展V c c即可。 -23- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------- - - - ---i衣----- l·---訂-----11 — *·^ C請先閒讀背面之注意i \再填寫本頁) 1' 469701 Α7 Β7 五、發明說明（21) 再者，當搽法使用η型半導體區域（n_sub)的情形，則可 使用在P型半導體區域（p-sub)上之n型井狀區域（n_weU)上 所形成之p頻MOS晶體。通常，n型半導體區域（n_sub) 會受到電源電壓VCC的偏壓，而只要在M〇S型電容 器（Cl、C2)所形成的11型井狀區域（n_well)對接地電壓 f施偏壓即可。在該情形時，可進一步把m 〇 s型電容 器（Cl、C2)之充放電，其做法如同圖3般，是由接地電壓 對電源電壓VCC實施充電，而非對接地電壓進行重設’事 先須將電源電壓Vcc重設好，並由該處對接地電壓實施放 電爲最理想。 (第七實施型態） 在上述第一乃至第六實施型態方面，針對使用接地電壓 或電源電壓VCC，來作爲電容器CI、C2之重設電壓進行了 況明。如旎使應用Μ 0 S型電容器之M 〇 s晶體在反轉區域 或堆積區域上進行動作的話，則使用其他電壓亦可。在本 實施型態方面，使用的是接地電壓或電源電壓Vcc以外的 重設電塾。 (第八實施型態） 在上述之各實施型態方面，針對使用差動增幅電路或反 向器來作爲比較器23之增幅電路，進行了説明。在本實施 麼態方面’如圖27所示，使用了差動增幅電路及反向器以 外之增幅電路36。在此場合，提供給上述開關sw3的是 相當於增幅電路36之電路闕値電壓，而非上述基準電壓 Vref 0 -24- ^紙張d適财關家辟（CNSM4祕 I-----------* t I (請先閱讀背面之注意L^再填寫本頁) JIT· -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 9 7 0 1; A7 · ---- B7 1-------------—----- 五、發明說明（22 ) 如上所述’依照本發明，由於可以電荷量之類比量來檢 測出延遲時間之故，因此可防止，在延遲線上使用邏輯閘 之傳統鏡射型DLL所具有的量子化誤差。因此本發明可提 供，使前進脈衝與後退脈衝之延遲量相等之類比同步電 路。 再者’在用於比較兩個電容器充電電壓並取得輸出訊號 的比較器方面，其採用不受電容器充電電壓影響的適合比 較恆定電壓之基準電壓，因此，可依照外部時鐘訊號的頻 率’來維持比較器自身所產生延遲時間的恆定，實現了寬 廣頻率範圍之高精密度同步動作。 --------------裝.！ (請先閱讀背面之注意一f.^再填寫本頁 訂 .線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*|衣 本纸張尺度適用中家標準（〇\’S)A4規格（210 X 297公爱) —