DE3814667C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung gemäß Oberbegriff des
Patentanspruchs.
Eine derartige Schaltung ist in Bild 10 auf S. 283 von "Nachrich
tentechnik Elektronik", Bd. 28 (1978), H 7, S. 279 bis 283, dar
gestellt. Diese hat jedoch den Nachteil, daß die erzeugte Sub
stratvorspannung bei Schwankungen der Versorgungsspannung die
Funktionsfähigkeit der auf dem Substrat ausgebildeten Halblei
terspeicher-Schaltung beeinträchtigen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Schaltung für die
Erzeugung einer in Sperrichtung gepolten Vorspannung zu schaf
fen, bei der die in Sperrichtung gepolte, d. h. negative Sub
stratvorspannung innerhalb eines gewünschten Spannungsbereichs
festgehalten werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentan
spruchs.
Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 28, No. 12, Mai
1986, Seiten 5233-5234 ist zwar ebenfalls eine Schaltung zur
Erzeugung einer Substratvorspannung bekannt, jedoch wird dies
dadurch erreicht, daß jede Substratecke jeweils eine Schaltung
zur Erzeugung der Substratvorspannung aufweist. Ein Festhalten
der Substratvorspannung innerhalb eines gewünschten Arbeitsbe
reichs ist nicht angesprochen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläu
tert; es zeigen:
Fig. 1 ein Schemaschaltbild einer Schaltung für die Erzeu
gung einer in Sperrichtung gepolten Vorspannung; und
Fig. 2A bis 2C Kurvenformen, die an bestimmten Stellen in der
Schaltung nach Fig. 1 erhalten werden.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung für die Erzeugung einer in Sper
richtung gepolten Vorspannung, mit einem Oszillator 10, der ein
Ringoszillator aus bekannten Invertern oder Schmidt-Triggern und
Gates zur Erzeugung einer Rechteckschwingung ist. Ein Verstärker
20 dient zur Umwandlung der Rechteckschwingung, die von dem
Oszillator 10 ausgegeben wird, auf eine Amplitude zwischen der
Versorgungsspannung VCC und einer Bezugsspannung VSS. Eine Gleich
richterschaltung 30 besitzt einen Kondensator 1 und MOS-Transi
storen 2 und 3, um eine in Sperrichtung gepolte Vorspannung zu
liefern, wenn die Ausgaben des Verstärkers 20 aufgenommen wer
den. Eine Spannungsbegrenzungsschaltung 40 weist MOS-Transisto
ren 4a, 4b, . . ., 5a . . ., auf, um die Ausgaben der Gleichrichter
schaltung 30 aufzunehmen und um den Überschuß und den Unterschuß
bei Schwankungen in der in Sperrichtung gepolten Vorspannung
entsprechend den Schwankungen der Versorgungsspannung VCC auf
zunehmen.
Die Frequenz der Rechteckschwingung des Oszillators 10 liegt im
allgemeinen bei 3 bis 12 MHz und das Tastverhältnis ist "1". Die
Oszillator-Rechteckschwingung liegt auch an der Gleichrichter
schaltung 30 und dem MOS-Kondensator 1, der eine große Kapazität
besitzt und dessen eine Elektrode an den Ausgang des Verstärkers
20 und dessen andere Elektrode an einen ersten Schaltungspunkt
14 angeschlossen ist. An dem Schaltungspunkt 14 liegen außerdem
die Drain- und die Gate-Elektrode des n-MOS-Transistors 2, wäh
rend dessen Source-Elektrode an die Bezugsspannung VSS (bei
spielsweise 0 Volt) angeschlossen ist. Ein zweiter Schaltungs
punkt 15 liegt an einem Gate des n-MOS-Transistors 3, dessen
Drain-Source-Strecke in Reihe mit den Schaltungspunkten 14 und
15 liegt. Die MOS-Transistoren 4a, 4b, . . . sind mit ihren Gate-
und Source-Elektroden jeweils verbunden und liegen in Reihe
zwischen dem Schaltungspunkt 15 und der Bezugsspannung VSS, und
auch die MOS-Transistoren 5a, . . . sind jeweils mit ihren Drain-
und Gate-Elektroden gekoppelt und parallel zu den Transistoren
4a, 4b, . . . geschaltet.
Die vom Oszillator 10 ausgegebene Rechteckschwingung wird auf
einen Wert gebracht, der der Versorgungsspannung VCC und der
Bezugsspannung VSS entspricht. Dies erfolgt in dem Verstärker 20.
Der MOS-Kondensator 1 nimmt die Rechteckschwingung über die
Leitung 12 auf. Die Eingangsklemme für den MOS-Kondensator 1 ist
so gestaltet, daß dessen Source und Drain miteinander verbunden
sind, während die Ausgangsklenme des MOS-Kondensators 1 die
Gate-Elektrode ist, die an dem Schaltungspunkt 14 liegt. Wird
nun die Rechteckschwingung an die Eingangsklemme des Kondensa
tors 1 gelegt und betrachtet man ihre ansteigende Flanke, dann
lädt die Spannung VCC den Kondensator 1 und der Transistor 2 ist
durchgesteuert. Wenn nun an der Eingabeklemme des Kondensators
1 auf der Leitung 12 die abfallende Flanke der Rechteckschwin
gung auftritt, dann wird die Spannung am Schaltungspunkt 14 über
die Ausgangsleitung des Kondensators 1 negativ und der Transi
stor 2 wird gesperrt. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Spannung am
Schaltungspunkt 15, die an das Gate des Transistors 3 ange
schlossen ist, höher als die negative Spannung am Schaltungs
punkt 14 wird, und zwar um eine Schwellwertspannung des Transi
stors 3, dann steuert dieser durch. Auf diese Weise wird die
negative Ladung vom Schaltungspunkt 14 zum Schaltungspunkt 15
übertragen, nämlich durch den Transistor 3 und man erhält eine
in Sperrichtung gepolte Vorspannung VBB, die negativ wird. Wenn
die Spannung am Schaltungspunkt 14 jedoch um die Schwellwert
spannung kleiner als die Spannung am Schaltungspunkt 15 wird,
dann wird der Transistor 3 gesperrt. Somit wird die Rückwärts
spannung am Schaltungspunkt 15 die ursprüngliche, in Sperrich
tung gepolte Vorspannung, so daß an das Halbleitersubstrat eine
stabile Vorspannung gelegt wird.
Wenn gemäß Fig. 2A die Versorgungsspannung VCC plötzlich auf
einen kleineren Wert VCC′ abfällt, dann sinkt die Spannung am
Schaltungspunkt 14 bei der abfallenden Flanke 41 weiter auf
einen negativen Wert ab und der Transistor 3 steuert durch.
Dadurch geht die in Sperrichtung gepolte Vorspannung am Schal
tungspunkt 15 weiter nach unten auf einen negativen Wert, der
wie eine negative Spitze 42 gemäß Fig. 2B aussieht. Wenn sich
die Versorgungsspannung auf dem Wert VCC′ gemäß Fig. 2A stabili
siert hat, dann stabilisiert sich auch die in Sperrichtung ge
polte Vorspannung auf dem Wert VBB′ wie dies das Kurvenstück 48
in Fig. 2B zeigt. Diese Vorspannung steigt also zunächst so
weit an, wie sie ursprünglich von der Versorgungsspannung abge
fallen ist und wird dann wieder stabil. Wenn die Versorgungs
spannung dann wieder auf den Wert VCC ansteigt, dann geht die in
Sperrichtung gepolte Vorspannung vorübergehend entsprechend der
Spitze 44 von Fig. 2B hoch und fällt dann wieder auf den Wert
VBB ab. Die Spannung am Schaltungspunkt 15 wird also gemäß Fig.
2B durch eine Reihe von Transistoren 4a, 4b, . . . in ihrem Kur
venverlauf 45 von Fig. 2C geklemmt, wobei die Transistoren 4a,
4b . . . zwischen dem Schaltungspunkt 15 und der Bezugsspannung VSS
liegen.
Unter der Annahme, daß der Schwellenwert der Transistoren 4a, 4b
. . . gleich VT und die Anzahl der Tansistoren, die in Reihe ge
schaltet sind, K ist, dann hat die Klemmspannung den Wert KVT.
In der Zwischenzeit werden die Transistoren 5a, . . . , die zwi
schen den Schaltungspunkt 15 und dem Erdpotential VSS liegen,
verwendet, um die Spannung VBB daran zu hindern, über einen
festgelegten Bereich nach oben anzusteigen, wie dies der Kurven
abschnitt 46 in Fig. 2C zeigt. Obgleich also die Versorgungs
spannung schwankt, wird die in Sperrichtung gepolte Vorspannung
stets in einem festgelegten Bereich gehalten. Da es die Schal
tung verhindert, daß ein Rückwärtsdurchbruch aufgrund der nega
tiven Spannungsspitze 42 oder ein Vorwärtsdurchbruch aufgrund
der positiven Spannungsspitze 44 an der Übergangsfläche eines
Halbleiterspeichers erfolgt, kann die Schaltung stabil betrieben
werden.
Claims (1)
- Schaltung zur Erzeugung einer Substratvorspannung für einen Halbleiterspeicher, mit:
einem Oszillator (10) zur Erzeugung einer Rechteckschwin gung von vorgegebener Frequenz;
einem Verstärker (20), der an den Ausgang des Oszillators (10) angeschlossen ist und das Ausgangssignal des Oszillators (10) auf den Pegel der Versorgungsspannung (VCC) bringt;
einer dem Verstärker (20) nachgeschalteten Gleichrichter schaltung (30), die einen zwischen dem Verstärker (20) und einem ersten Schaltungspunkt (14) liegenden MOS-Kondensator (1) und einen ersten MOS-Transistor (2) aufweist, der mit seinem Gate an den ersten Schaltungspunkt (14) angeschlossen ist, während sein Leitungspfad zwischen dem ersten Schaltungs punkt (14) und einer Bezugsspannung (VSS) liegt;
und mit einem zweiten MOS-Transistor (3), dessen Leitungs pfad mit einem Ende an den ersten Schaltungspunkt (14) an schließt, während das andere Ende einen zweiten Schaltungs punkt (15) bildet, mit dem das Gate verbunden ist; dadurch gekennzeichnet,
daß an den zweiten Schaltungspunkt (15) eine an der Bezugsspannung (VSS) liegende Spannungs begrenzungsschaltung (40) angeschlossen ist, die eine Anzahl von in Reihe liegenden dritten MOS-Transistoren (4a, 4b, . . . ) aufweist, die jeweils mit ihrer Source an die Drain des nach folgenden MOS-Transistors seriell angeschlossen sind und wobei jedes Gate mit der zugehörigen Source verbunden ist;
und die eine weitere Anzahl von in Reihe liegenden vierten MOS-Transistoren (5a, 5b, . . . ) aufweist, die parallel zu den dritten MOS-Transistoren (4a, 4b, . . . ) liegen und bei denen jede Source eines MOS-Transistors an die Drain des nachfol genden MOS-Transistors angeschlossen ist und jedes Gate mit der zugehörigen Drain verbunden ist.
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Owner name: SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD., SUWON, KYONGGI, KR |
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