DE3717758A1

DE3717758A1 - Sourcevorspannungsgenerator fuer natuerliche transistoren in digitalen integrierten mos-schaltungen

Info

Publication number: DE3717758A1
Application number: DE19873717758
Authority: DE
Inventors: David Novosel; Giovanni Campardo
Original assignee: SGS Microelettronica SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1987-12-10
Anticipated expiration: 2007-05-27
Also published as: IT8620660A0; JPS6326898A; DE3717758C2; JP2579943B2; IT1204375B; US4800297A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorspannungsgeneratorschaltung für das Source natürlicher Transistoren, die Teil von digitalen integrierten MOS-Schaltungen sind, die es erlaubt, die genannten Transistoren durch einfaches Erden ihres Gate auszuschalten. Speziell ist die Erfindung darauf gerichtet, eine möglichst vorteilhafte Anwendung bei der Leitungsdekodierung in EPROM-Speichern und dergleichen zu finden.

In Adreßdekodern von EPROM-Speichern, die natürlcihe Transistoren verwenden, ist es nicht ausreichend, nur ihre Gates zu erden, um sie zu sperren, da die Ausschaltschwelle bei etwa -100 mV liegt. Es ist daher notwendig, ihr Source auf eine positive Spannung vorzuspannen, die größer als die Ausschaltschwelle ist, und dies wird gewöhnlich mittels eines Widerstands erreicht, der in Serie mit dem Source geschaltet ist.

Herstellungsverfahren für natürliche Transistoren und für Widerstände sind jedoch heterogen. Die Herstellungsschwankungen, die diese Lösung nach sich zieht, führen zu Unterschieden, die im schlimmsten Fall zur Folge haben, daß die integrierten Schaltungen ihre Betriebsspezifikationen nicht erfüllen. Jedenfalls schwankt die Gleichförmigkeit ihrer Eigenschaften von Chip zu Chip. Temperatur- und Stromversorgungsschwankungen haben ebenfalls unterschiedliche Auswirkungen in den zwei genannten Fällen und haben zur Folge, daß die Gesamtschaltung solche Schwankungen weniger gut toleriert.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Sourcevorspannungsgenerator für natürliche Transistoren anzugeben, der durch Herstellungs-, Temperatur- und Stromversorgungsschwankungen in einer Weise beeinflußt wird, die identisch der natürlicher Transistoren ist und auf diese Weise die oben beschriebenen Probleme vermeidet.

Speziell ist es ein Ziel der Erfindung, einen Vorspannungsgenerator der oben beschriebenen Art anzugeben, der eine Vorspannung liefert, die auf die Ausschaltschwelle natürlicher Transistoren bezogen ist, wobei die genannte Vorspannung das Doppelte des genannten Schwellenwertes ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So ist insbesondere vorgesehen, daß der Vorspannungsgenerator eine Einstellstufe enthält, die von der Ausgangsvorspannung betrieben wird, um der Verdopplerstufe einen zusätzlichen Strom in Gegenkopplung zuzuführen, wenn die Ausgangsvorspannung abfällt, um diese auf den gewünschten Wert zurückzubringen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine graphische Darstellung charakteristischer Kurven dreier Transistorarten, die in der Schaltung nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 2 eine Schaltung eines Teils eines Zeilendekoders für einen EPROM-Speicher, bei der die Erfindung anwendbar ist, und

Fig. 3 eine Schaltung des Vorspannungsgenerators für integrierte Schaltungen gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Schaltung sind die Transistoren, deren Kanal in fetten Linien dargestellt ist, Stromdrosselungstransistoren, während die Transistoren, deren Kanal in dünnen Linien dargestellt ist, Verstärkertransistoren sind. Die mit einem kleinen Kreis am Gate gekennzeichneten Transistoren sind natürliche Transistoren. Das Diagramm nach Fig. 1 zeigt die charakteristischen Kurven, die für die drei Transistorarten typisch sind. Die Spannung V zwischen dem Gate und dem Source ist in Volt auf der Ordinate aufgetragen, während der Strom I, der durch den Kanal fließt, in Milliampere auf der Abszisse aufgetragen ist. Der Knick in jeder Kurve stellt die Ausschaltschwellenspannung V _T des zugehörigen Transistors dar.

Es wird vorausgesetzt, daß die bevorzugte Ausführungsform in NMOS-Technik ausgeführt ist, daher ist die Zuführspannung V _cc positiv.

Fig. 2 ist eine Teildarstellung der Schaltung eines Zeilendekoders eines EPROM-Speichers. Die natürlichen Transistoren M 1, M 2 sind die Durchlaßtransistoren der zwei Wortleitungen WL 1 und WL 2, wobei Verstärkertransistoren M 3 und M 4 zwischen ihre Sources und einen Vorspannungsgenerator G geschaltet sind. Die Gates der Transistoren M 1 und M 2 und die Gates der Transistoren M 3 und M 4 werden von Dekodersignalen DEC bzw. angesteuert, während P 1 und P 2 die Signale sind, die den jeweiligen Wortleitungen zuzuführen sind.

Damit die Leitung WL 1 hohen Pegel erhält, muß DEC hohen Pegel haben, so daß automatisch niedrigen Pegel hat und P 1 ebenfalls hoch ist, während P 2 geerdet sein muß. Um den Platzbedarf auf dem Chip zu optimieren, liegen die Signale P jedoch gemeinsam an mehreren Durchlaßtransistoren, so daß es notwendig ist sicherzustellen, daß, wenn DEC geerdet ist (und daher hoch ist), der natürliche Transistor M 2 ausgeschaltet ist. Da M 2 einen negativen Schwellenwert hat, würde M 2 stattdessen eingeschaltet sein, wenn der Verbindungspunkt C geerdet wäre, so daß es notwendig ist, eine Vorspannung G vorzusehen, die den Verbindungspunkt C auf einem positiven Spannungspegel hält, der höher ist, als die Amplitude der Schwellenspannung von M 2.

Aus diesem Grunde ist es, wie oben erwähnt, üblich, einen Widerstand in Serie zu schalten, um den gewünschten Spannungsabfall zu erzeugen. Die Herstellungsschwankungen würden in diesem Falle jedoch für die verschiedenen Komponenten der Schaltung heterogen werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher als Vorspannungsgenerator G eine Schaltung verwendet, die als bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Schaltung enthält einen Bezugsspannungsgenerator, bestehend aus einem natürlichen Transistor M 5 und einem Stromdrosselungstransistor M 6, die in Serie zwischen die Versorungsspannung V _cc und Masse geschaltet sind und deren Gates mit Masse verbunden sind. Von diesen Transistoren hat der Transistor M 6 eine große Kanallänge, während der Transistor M 5 eine große Kanalbreite hat, so daß der Kanalstrom I sehr klein ist. Auf diese Weise gilt die folgende Beziehung:

woraus folgt, daß

Die Bezugsspannung V _A wird dem Eingang einer zweiten Schaltungsstufe zugeführt, der aus dem Gate eines natürlichen Transistors M 8 besteht, dessen Source über einen Verstärkungstransistor M 9 mit Masse verbunden ist, der so ausgeführt ist, daß er sehr leitfähig ist, und das Drain des Transistors M 8 ist über einen Stromdrosselungstransistor M 7, der einen hohen Widerstand darstellt, mit der Versorgungsspannung V _cc verbunden, während sein Source mit dem Gate verbunden ist, um eine Ohm′sche Last zu simulieren. Das Drain des Transistors M 8 ist weiterhin mit dem Gate eines Transistors M 9 verbunden, um eine Gegenkopplung zu erzeugen. Auf diese Weise arbeitet der Transistor M 8 am Knickpunkt seiner charakteristischen Kurve. Es gilt daher die Einschränkung:

V _A - V _B = V _Tnat

woraus man unter Berücksichtigung der Gleichung (1) erhält:

V _B = -2 V _Tnat

Die erhaltene Spannung V _B wird wiederum zusätzlich zur Benutzerschaltung auch einer dritten Einstellstufe zugeführt, die aus einem Stromdrosselungstransistor M 10, einem natürlichen Transistor M 11 und einem Verstärkertransistor M 12 besteht. Der Transistor M 12 ist als Diode geschaltet, um als Last für den Transistor M 11 zu arbeiten, und letzterer wird an seinem Gate durch das Signal V _B angesteuert. Das Drain des Transistors M 11 ist mit dem Gate des Transistors M 10 verbunden, um diesen anzusteuern.

Normalerweise (wenn V _B die Größe -2 V _Tnat hat) sind M 11 und M 12 eingeschaltet, während M 10 ausgeschaltet ist. Wenn jedoch V _B abfällt, dann wird M 10 aktiviert, um M 9 mit einem Teil eines Wiedergewinnungsstromes zu versorgen, um den gewünschten Wert von V _B wieder herzustellen.

Claims

1. Sourcevorspannungsgenerator für natürliche Transistoren speziell für digitale integrierte Schaltungen, wie beispielsweise EPROM-Speicher, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:

a) eine Stufe, die eine Bezugsspannung erzeugt, die etwa gleich der Ausschaltschwellenspannung eines natürlichen Transistors ist, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen; und
b) eine Verdopplerstufe, die von der Bezugsspannung angesteuert wird und dazu eingerichtet ist, eine Vorspannung zu liefern, die gleich dem Zweifachen der genannten Ausschaltschwellenspannung ist, mit umgekehrtem Vorzeichen.

2. Vorspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsgeneratorstufe enthält: einen natürlichen Transistor (M 5) mit einem relativ breiten Kanal und einen Stromdrosselungstransistor (M 6) mit einem relativ langen Kanal, die in Serie zwischen die Versorgungsspannung (V _cc ) und Masse geschaltet sind, wobei die Gates der beiden Transistoren (M 5), M 6) mit Masse verbunden sind und die Bezugsspannung am Verbindungspunkt zwischen den zwei Transistoren abgenommen wird.

3. Vorspannungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdopplerstufe einen natürlichen Transistor (M 8) enthält, der von der Bezugsspannung (V _A ) angesteuert wird und dessen Source von einem sehr leitfähigen Verstärkungstransistor (M 9) vorgespannt ist und dessen Drain über einen sehr widerstandsbehafteten Stromdrosselungstransistor (M 7) mit der Stromquelle (V _cc ) verbunden ist, wobei der Stromdrosselungstransistor (M 7) als Diode geschaltet ist und die Drainspannung des natürlichen Transistors (M 8) auf das Gate des Verstärkungstransistors (M 9) gegengekoppelt ist.

4. Vorspannungsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin eine Einstellstufe (M 10, M 11, M 12) aufweist, die von der Ausgangsvorspannung (V _B ) angesteuert wird, um einen zusätzlichen Strom dem Verstärkungstransistor (M 9) der Verdopplerstufe zuzuführen, wenn die Ausgangsvorspannung gegenüber dem gewünschten Wert abfällt.

5. Vorspannungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellstufe enthält: einen natürlichen Transistor (M 11), der an seinem Gate von der Ausgangsvorspannung (V _B ) angesteuert wird und der als Last einen als Diode geschalteten Stromdrosselungstransistor (M 10) aufweist, wobei das Drain des natürlichen Transistors (M 11) das Gate eines Verstärkungstransistors (M 12) ansteuert, der zwischen die Stromversorgung (V _cc ) und das Drain des Verstärkungstransistors (M 9) geschaltet ist, der Teil der Verdopplerstufe ist.