TW495657B - Intermediate voltage control circuit having reduced power consumption - Google Patents

Description

495657 五、發明說明（l) 本發明係有關於一種積體電路晶片内的中間電壓控 發，’且特別係有關於一種中間電壓控制，用於施加 ^，給信號線例如連接至半導體記憶電路的記憶單元的數 位線或連接至感應放大器的資料線。 當不存取資料時，中間電壓控制電路用於供應中間 ^至信號線。特別I，中間電壓控制電路分別於充電路徑 木用η通迢電晶體以及於放電路徑採用p通道電晶體。 第5圖之電路圖顯示日本公開號8 —1 71 432所揭露之中 i ί Ϊ ί ί器電路的結構。第5圖所示之中間電麼產生器 -路係由參考電壓產生電路55〇以及輸出電路552所構成。 參考電壓產生電路分別產生（1 /2)Vcc + Vtn作為參考電 ^ef 1以及產生（1/2)Vcc—丨vtp丨作為參考電壓Vref2。 j出電路包括1通道M〇s電晶體521和一p通道腦電晶體 1通道刪電晶體521中，汲極電極連接至電源接點 乂及源極包極連接至輸出點54。0通道肋3電晶體522 ’源^虽電極連接至輸出點54以及汲極電極連接至接地點 。電晶體521和522在電源接點5〇〇及接地點6〇()間彼此 的!出點的電壓分別回授至參考電壓產生電路内 k^MOS電晶體501及n通道M〇s電晶體5〇4的閘極電極。

Vrefl傳送至輸出電路的n通道M〇s電晶體521的閘極電 雷^:及”以2傳迗至輸出電路的P通道MOS電晶體522的閘極 電極。電晶體521和522兩者略微導通。 如果輸出點54的電壓下降，n通道，電晶體521的導 W阻降低，因此電流經由電晶體521從電源接點_流至

495657 五、發明說明（2) 輸出點54。輸出點的電壓因而升高。同時，因為輸出點電 壓回授至參考電壓產生電路内之p通道MOS電晶體501的閘 極電極，電晶體5 0 1的導通電阻降低，因此電流流至接點 N1。電晶體521的閘極電極電壓因而升高，且輸出點54的 電壓立即回到它的起始中間電位（1/2) Vcc。 另一方面，如果輸出點54的電壓升高，p通道M〇s電晶 體522的導通電阻和η通道MOS電晶體504以同樣方式降低， 因此輸出點5 4的電壓立即回到它的起始中間電位。 傳統技術以這種方式驅使輸出點54的電位為中間電位 第5圖所示的中間電壓產生器電路中 不過 輸出裝置52内互相串聯連接的η通道M〇s電晶體52ι… ==體522略微導通，電流繼續從電源接點500流至、接、 發明概要 ，浪費的電源消耗在此區域繼續進行。 電路本發明的目的係提供一降低電源消乾的中間電壓控制 電壓;另—目的係提供-輪出穩定中間電墨的中間 根據本發明的中間電壓控制電 卜 其判斷連接至輸出點的信號線電-監視電路， 目標電壓，藉以產生一判斷信號位於或低於… 其中沒極連接至電源接點以及 n通運電晶體， 第 以及源極連接至輪

7061-3777-Pf.ptd Ρ通道電晶體，其中汲極連接至接地，輸出點 495657 五、發明說明（3) ___ 出點；以及一控制電路，其拫據接收來自監 信號及接收來自外部輸入點的致能信號而 、判斷 信號傳送至第一n通道電晶體的閘極和一第二第;;控制 送至第-D i甬指齋θ λλ I希】3虎傳 、至笫一P通道電晶體的閘極。控制電路控制: 電晶體的開關操作如下·如田玆妒彳^吨 口第一 从 下•如不致月匕“唬是啟動狀離的& α 接收自監視電路的剌鼢彳> 啼成志#咕％ 初狀L的而且 制電路設定宾一Π 線的電壓為高位，控 來自監視㈣的判斷信號代表信號線的電壓為低：果；f 揸笛本略 控制#號兩者為尚位，藉以打開 掉第一和第二電晶轉， J「幵Ί布關 制電路分別-定繁* 果月匕仏號疋關閉狀態的，控 一 包 B曰肢 v 上述中間電壓控制雷高 ★士人 電路的半導體記憶元件。 '、.Ό 口本身中間電壓控制 、生為讓熟悉此技藝者對於本發明之上述 ;是附加申請專利範圍，配合所附圖更 下。 翏考砰細說明如 [圖式簡單說明] 第1圖係電路圖，_ + 士路阳贫一叙 控制電路； *'、’、本發月第只施例的中間電壓 第2圖係電路圖，顯示之 路和控制電路； ι壓控制之監視電 第3圖係顯示本發明楚—杏# 也 之電路圖； 第一貝例的中間電壓控制電路 位，精以關掉第一和第—兩曰 扛制乜說為尚

第7頁 495657 五、發明說明（4) 第4 ( a )圖係顯示經由η通 之電壓變化； 第4 (b )圖係顯示經由ρ通 之電壓變化；以及 第5圖係顯示上述傳統中 圖。 [符號說明]

Vref卜參考電壓；

Vtp〜臨界電壓； 3〜控制電路； 11〜第一η通道電晶體； 2 0〜反相電路； 3 0〜外部輸入點； 3 2〜第二控制信號； 3 4〜π或Μ電路； 3 6〜閂鎖電路； 38〜π反及，’電路； 52〜輸出裝置； 1 0 0〜電源接點； 4 0 0〜信號線； 5(Π〜Ρ通道MOS電晶體； 52卜η通道MOS電晶體； 550〜參考電壓產生電路； 以及6 0 0〜接地點。 道電晶體使電容負載充電時 道電晶體使電容負載放電時 間電壓產生器電路之電路

Vref 2〜參考電壓； 2〜監視電路； 1 0〜輸出點； 12〜第二ρ通道電晶體 21〜判斷信號； 31〜第一控制信號； 3 3〜”及π電路； 3 5〜轉換閘電路； 37〜π反或π電路； 3 9〜致能信號； 5 4〜輸出點； 2 0 0〜接地點； 5 0 0〜電源接點； 504〜η通道MOS電晶體 522〜ρ通道MOS電晶體 552〜輸出電路；

7061-3777-Pf.ptd 第8頁 495657 五、發明說明（5) 較佳實施例的詳細說明 、第1圖中，中間電壓控制電路具有：一監視電路2，用 以判斷連接至輸出點丨0的信號線4 〇 〇的電位是否高於或低 於一既定判斷電壓，藉以產生—判斷信號21 ; 一第_；n通 運，晶體11，其中没極連接至電源接點1〇〇以及源極連接 至輸出點ίο ; - s二p通道電晶體12 ’其中沒極連接 地點200以及源極連接至輸出點1〇 ;以及一控制電路3，苴 拫據接收來自監視電路2的判斷信號21及接收來自外部輸、 =點30的致能信號39而分別產生一第一控制信號傳送至 一η通暹電晶體丨〗的閘極和一第二控制信號傳送至 二P通道電晶體12的閘極。 · 。控制電路3分別控制第一和第二電晶體u、12的開關 ，才呆作如下：如果致能信號39是啟動狀態時（對於正邏電 立設為τ)而且接收自監視電路2的判斷信號 代表連接至輸出點i 〇之信號線4〇 〇的電壓為高位，搾制 ，路3分別設定第一控制信號31和帛二控制信號32為低位 精=閉第- n通道電晶體! i以及打開第二p通道電晶體i 2 的I厭Ϊ f接收自監視電路2的判斷信號21代表信號線1 0 的^為低位’控制電路3分別設定第一控制信號31和 =制信號32為高位，藉以打開第1通道電晶體 閉弟二Ρ通道電晶體12。 。如果致能信號39是關閉狀態時（對於正邏輯電路，、羅 位設為控制電路3設定第一控制信號3ι為低= 而第一控制信號32為高位，藉以關掉第一和第二電晶體Η 495657 五、發明說明（6) 、12 〇 中間電壓控制電路於信號線4 0 〇的電位設為高位時的 操作將說明如下。 如上所述，在這種情況下，將第一控制信號3 1和第二 控制信號3 2個別設為低位，以及關掉連接至電源接點1 〇 〇 的第一η通道電晶體Π和打開連接至接地點2〇〇的第二p通 道電晶體1 2。因此’電流從信號線4 0 0流至接地點2 〇 0，藉 此累積於信號線400電容負載的電荷經由第二ρ通道電晶體 1 2被放電至接地點2 0 0。 例如 1 994 年tiaiiukan 所出版的” Advanced

Electronics 通道電晶體可 道電晶體可以 特別是， 電，輸出電壓 相反地， 電，輸出電壓 V t η )低於電源 壓Vtn。第4圖 因此，如 晶體1 2放電， 於接地點的大 在此情況 接點電壓和接

I 一9 ; Super LSI Memoryπ 中第 6 1 頁所述，Ε 以有效充電但放電效率較差。相反地，η通 有效放電但充電效率較差。 如果已充電的電容負載經由ρ通道電晶體放 會漸漸地接近ρ通道電晶體的臨界電壓vtp 如果已放電的電容負載經由η通道電晶體充 會漸漸地接近電壓（VDD —vtn)。電壓（VDD- 接點電壓VDD的大小為η通道電晶體的臨界1 係此操作的說明圖。 亡所述’當已充電的信號線4 0 0經由ρ通道1 ^號線400的電壓漸漸地接近一電壓，其高 小係電壓ρ通道電晶體12的臨界電壓vtp。 ’如果監視電路的判斷電壓設為介於電》 地點電壓間的中間電壓，也就是說，設為（

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/ 2 ) V D D ，以及p通道雷曰麟i。 电日日體12的臨界電壓vtD$ A离於Π /2)VDD的電壓，此係上述七丨齡φ芮 Ρ。又為同於（1 士日日& “ a ^ 4 4斷電壓，信號線400的電壓在 Φ . ^ ^ ^ ^ ^ a 電位電壓。因此，信號線400的 電位穩疋於p通道電晶體1 ?沾故田泰成、^ 日瓶iZ的臨界電壓Vtp。此時，當信號 線400的電壓穩定時，第_n、sβ ^ .-s A J n通道電晶體11維持關閉，因此 無貝通电流流入電晶體1 1。 現在將言兒明、本實施例t中間t壓控制電路的操作於信 號線400的電位為低位時的情況。如上所述，第一和第二 控Λ，31、32j皮設為高位，藉此連接至電源接•點的第一一 η通這電晶體U導通以及連接至接地點的第通道電晶體 12關閉。因此，電流從電源接點1〇〇流至信號線4〇 線400的電容負載係藉由第_n通道電晶體n來充電。〜 同樣在此情況下，信號線400如上所述藉甴第一^通道 電晶體11充電，但是信號線400的電壓逐漸接近電壓（VDD〜 Vtn)，電壓（VDD-Vtn)低於電源接點電壓的大小只有11通 電晶體11的臨界電壓vtn。 、在此實施例中，如果監視電路的判斷電壓設為介於電 源接點電壓和接地點電壓間的中間電壓，也就是說，設^ (1/2)VDD ，以及η通道電晶體11的臨界電壓vtn設為高X於' 判斷電壓（1/2)VDD的電壓，那麼信號線電壓在中間電位期 間被判斷為低態。因此，信號線電壓的穩定電壓係低於電 源接點電壓以η通道電晶體1 1的臨界電壓v t n的電壓大小。 此時，當信號線400的電壓穩定時，第二p通道電晶體 1 2維持關閉，藉此防止貫通電流流入電晶體1 2。 一

7061-3777-Pf.ptd 495657 五、發明說明（8) 第2圖中，監視電路2以反相電路2〇來實施，反相電路 2_0具有一臨界點可判斷信號線4〇〇的電位是否高於或低於 判斷電壓，此判斷電壓係介於電源接點電壓和接地 點電壓（通常是〇V)的中間電壓（1/2)VDD。 尚且，第一n通道電晶體丨丨的臨界電壓hn和第二p通 運電晶體1 2的臨界雷屨V t η公B丨丨却·炎^ ^ 1 ㈣的電壓。 Ρ刀別叹為w間電壓(1/2) 的”及m3利用輸入有判斷信號21輸出和致能信號39 r二Γί 產生第一控制信號31，並利用輸入有判斷 =2〗和致能信號39的反相信號的，，或"電路34以 控制信號32。 座生弟一 苐3圖係顯示本發明箆-告& 之雷蹊m。楚二 戶例的中間電壓控制電路 3差別在控制電路3具有*致能信號3 電圖，一 :二反相電路所實施的閃鎖電糊用以閃鎖轉換開= 出的判斷信號…，第一控制信號由 二電= U信號39的反相信號的1或"電斷= 二控制信號由輸入有刻齡户咕〇 , < ^ 以及第 路38所產生。 ⑺化戒21和致能信號39的”反及"電 由於此問鎖電路，即使信號線4〇〇 ，亦可固定判斷信號21而彳旱以/士 „ # / +規則k化 的電壓。 侍以在中間電位期穩定輪出點1 〇 在第一和第二實施例中，判斷信號或致能信號當然可

495657 五、發明說明（9) 以改變為正或 的邏輯電路結 此外，易 路。 又，也易 部結合中間電 如上所述 路設定判斷電 路徑的判斷電 高於放電路徑 中間電壓控制 壓以控制信號 抑制貫通電流 號0 負邏輯信號，藉以修正臣&鉬 構。 i正现硯電路或控制電路 於製造上述一般CMOS製程的中 幻T間電壓控制電 於將本發明的中間電壓控制 壓控制電路的半導體記憶^路内 ’本發明的中間電壓批岳丨f雷々 ;:為_心= 電電 ^之第n通道電晶體，以及臨界電壓設為 的的判斷電壓之第二ρ通道電晶體。此外， 電路使用監視電路來回授那些電晶體的閘電 。因此，本發明提供的中間電壓控制電路可 的產生、降低電源消耗、以及輸出穩定信 ，然本發明已以特殊實施例說明如上，但根據說明書 以及等效發明的完整範圍，本發明之保護範圍當視後附i 申請專利範圍所界定者為準。

Claims (1)

1. 495657

   、申請專利範圍 k 一種中間電壓控制電路，包括·· 以及：以=，具有第一通道』並連接於-電源接點 源接點有；：:】供ί述輸出點連接於-信號線，上述電 以及接ii之認:3體’具有第二通道型並連接於上述輸出點 的電位::::斷ίί於以上及述輸出點，並根據上述信號線 點，上：：：具有一供應有-致能信號的外部輸入接 第—和第:電晶Ξ連接至上述監視電路，並分別控制上述 應上i::::f信號為啟動狀態時，上述控制電路回 關閉上以二:㈡ΓΓΓ電晶體其中之-並 作於A Μ μ 、第—電曰曰體中之另一個，以及當上述致能 ^ ^:才狀態時，上述控制電路關閉第一和第二電晶體 豆中 =明專利範圍第1項所述之中間電壓控制電路， ^位。a ""視電路判斷上述信號線的電位是否高於一判斷 里击3卜ΐ 11青專利範圍第2項所述之中間電壓控制電路， 線的電：：J電路打開上述第一電晶14 ’因此當上述信號 二電曰俨右乂上返判斷電壓時’使上述信號線經由上述第 線並打開上述第二電晶•，因此當上述信號 ' 门；述判斷電壓時，使上述信號線經由上述第

   4^657 六、申請專利範圍 一電晶體放^；。 4.如申請專利範圍第2項所述之中間電壓控制電 其中上述判斷電壓的電位係介於電源電壓和接地 ， 電壓值。 間的一 5·如申請專利範圍第1項所述之中間電壓控制 /、中上述監視電路包括一反相電路。 路， 6·如申請專利範圍第i項所述之中間 其中上述第-通道型電晶體係一N通道電晶體 二通道型電晶體係一P通道電晶體。 上述第 盆Λ t申請專利範圍第1項所述之中間電壓控制電路 其中上述控制電路包括：一”及”電路，輸入 路， 號和判斷信號，並提供一第一控制信號第核 ;以及一π痞丨丨恭攸 认 > · ^ 包晶體 α 次私路，輸入有上述致能信號和一上诚別辦片 =的反相信號’並提供一第二控制信號給上述第二電晶。 8·如申請專利範圍第1項所述之中間電壓控 制:r括:一開關，連接至上述 上路連；二反或|，、電路，連接至 I权供第一控制信號給上述第一電·晶體、一 ，問鎖電路的"反及,，電路、以及上述外部輸入接!接一上 提供一第二控制信號給上述第二電晶體。·’-、’ 並二ΐ π專利範圍第8項所述之中間電壓控制電路， 之歼|在上述致能信號為啟動狀態時被打開。

   7061-3777-Pf.ptd 第15頁 495657 _— 六、申請專利範圍 1 0 ·如申請專利範圍第2項所述之中間電壓控制電路， 其中上述第一和第二電晶體兩者異有一臨界電壓’其絕财 值高於上述判斷電位的絕對值。 11 · 一種中間電壓控制電路，包括： 一第一電晶體，連接於一電源接點以及一輸出點之間 ，上述輸出點連接於一信號線，上述電源接點有電源電壓 供應，上述第一電晶體係一 N通道電晶體； 一第二電晶體，連接於上述輸出點以及接地之間，上 述第一電晶體係一p通道電晶體； 監視電路，具有一連接於 之間的第一反相器；以及

   一控制電路，具有：一”及”電路，其輸入端係提供一 致能信號的一外部輸入接點和上述監視電路的第一 it Ml ^ ^ ^ ’，仏一第一控制信號給上述第一電晶體的閘極；以及 或電路，其輸入端係通過一第二反相器的上述外 入接點和上述第_技驻 * ^ ^ 4輕 二電晶體的接亚…第-控制信號給上述 1 2 ·+ 一種中間電壓控制電路，包括： =第一電晶體，連接於一電源接點以及一 ，上述輸出點連接於一 令 ' “、七之 供應，上述第：T」線述電源接點有電源雷 t这第一電晶體係一 N通道電晶體； “

   、十、穿一第二電晶體，連接於上述輸出點以及接蚰夕„ 逑第^晶體係一 P通道電晶體； 及接地之間， 視電路，具有一連接於上述輸出點和 495657 六、申請專利範圍 之間的第一反相器；以及 一控制電路，具有一連接於上述第一接點和一第二接 點間的轉換閘、一連接於上述第二接點和一第三接點間的 閂鎖電路、一連接於上述第三接點和經由一第二反相器之 一外部輸入接點的π反或π電路，並提供一第一控制信號給 上述第一電晶體的閘極、以及一’'反及π電路，上述”反及π 電路的輸入連接至上述第三接點和上述外部輸入接點並提 供一第二控制信號給上述第二電晶體的閘極。

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