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Dokumentenidentifikation DE69529386T2 28.08.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0708448
Titel Verbesserungen für Halbleiteranordnungen
Anmelder Texas Instruments Inc., Dallas, Tex., US
Erfinder McLaughlin, Daniel F., Dallas, US
Vertreter Prinz und Partner GbR, 81241 München
DE-Aktenzeichen 69529386
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.10.1995
EP-Aktenzeichen 951160969
EP-Offenlegungsdatum 24.04.1996
EP date of grant 15.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.08.2003
IPC-Hauptklasse G11C 5/14

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein Halbleiterbausteine und insbesondere die Spannungsversorgungen, die sich auf dem Substrat der Halbleiterbausteine befinden und die wiederum Leistung von einer verteilten Spannungsquelle empfangen. Diese Spannungsversorgungen können beispielsweise verwendet werden, um den Speicherelementen einer Speichermatrix Leistung zuzuführen.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

In Fig. 1 ist eine Spannungsversorgungseinheit zum Zuführen von Leistung zu einem Spannungsanschluß VBB dargestellt. Die Hochfahr-Erkennungseinheit 11, die mit einem Anschluß der Spannungsversorgungseinheit Vdd gekoppelt ist, führt einem Eingangsanschluß einer Analogdetektoreinheit 12 ein Signal zu. Der Ausgangsanschluß des Analogdetektors 12 ist mit einem Eingangsanschluß eines Verstärkers 13 gekoppelt und kann mit einem ersten Eingangsanschluß eines Verstärkers 14 gekoppelt werden (durch die unterbrochene Linie angegeben). An einen zweiten Eingangsanschluß des Verstärkers 14 ist das Bereitschaftszustands- Steuersignal angelegt. Die Ausgangsanschlüsse der Verstärker 13 und 14 sind mit dem Ausgangsanschluß der Vbb-Spannungsversorgungseinheit gekoppelt.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm der Analogdetektoreinheit 12 aus Fig. 1. Ein Vdd-Spannungsversorgungs-Ausgangsanschluß ist mit einem Source- Anschluß eines p-Kanal-Transistors 21 gekoppelt, während der Gate-Anschluß des Transistors 21 an Masse gelegt ist. Ein Drain-Anschluß des Transistors 21 ist mit einem Eingangsanschluß eines Verstärkers 25, einem Gate-Anschluß eines n- Kanal-Transistors 22 und einem Drain-Anschluß des Transistors 22 gekoppelt. Ein Source-Anschluß des Transistors 22 ist mit einem Drain-Anschluß eines n- Kanal-Transistors 23 und einem Gate-Anschluß des Transistors 23 gekoppelt. Der Source-Anschluß des Transistors 23 ist mit dem Substrat gekoppelt. Die Arbeitsweise der Spaunungsversorgungseinheit kann anhand Fig. 3 verstanden werden. Wenn beginnend bei t0 eine Spannung an den Vdd-Spannungsversorgungs- Ausgangsanschluß angelegt wird, bleibt das Hochfahr-Detektorsignal (PUD- Signal) auf dem Pegel null, bis Vdd einen vorbestimmten Pegel erreicht. Beim vorbestimmten Vdd-Spannungspegel, der zu einer Zeit t1 auftritt, springt das Hochfahr-Detektorsignal um einen inkrementellen Betrag und steigt danach als Funktion des Anstiegs der Vdd-Spannung, beispielsweise in einer ungeregelten Versorgung, an. Zu einer Zeit t2 hat die Vdd-Spannung einen Gleichgewichtszustandswert erreicht und wird zu einer konstanten Spannung. In ähnlicher Weise erreicht das Hochfahr-Detektorsignal zu dieser Zeit einen Gleichgewichtszustandswert. Weil die Vdd-Spannung an jeden der Bestandteile der Schaltung in Fig. 1 angelegt wird, beginnt die Spannung Vbb am Ausgangsanschluß zu irgendeiner Zeit nach dem Anlegen der Vdd-Spannung abzufallen. Das Abfallen der Vbb-Spannung kann auch durch das Hochfahr-Erkennungssignal ausgelöst werden. Die Spannungen S1 oder S1' von der Analogdetektoreinheit können vor dem Anlegen der Vdd-Spannung angelegt werden, oder sie können durch das Anlegen der Vdd-Spannung erzeugt werden (durch gepunktete Linien an den mit S1 und S1' bezeichneten Kurven dargestellt), und sie zeigen zwei alternative und unerwünschte Situationen. In der ersten Situation liegt die Auslösespannung 1Vt (der durch den Analogdetektor 12 bestimmte Spannungspegel) oberhalb des gewünschten Vbb-Spannungspegels (für eine ins Negative gehende Vbb-Spannung). In der zweiten Situation liegt die Auslösespannung 2Vt unterhalb des gewünschten Vbb-Spannungspegels (für eine ins Negative gehende Vbb-Spannung). Wenn die Auslösespannung des Analogdetektors den Wert 1Vt annimmt, also oberhalb des gewünschten Spannungspegels liegt, wird der Haupttreiberverstärker 13 deaktiviert, wenn Vbb den Auslösepegel 1Vt kreuzt. (Der Bereitschaftszustandsverstärker 14 ist durch eine gepunktete Linie, die angibt, daß der Betrieb des Bereitschaftszustandsverstärkers durch das S1- oder das S1'-Signal bereits aktiviert worden sein kann oder aktiviert werden kann, mit der Spannung S1 oder S1' gekoppelt dargestellt.) Diese Aktivität ist in Fig. 3 durch S1 dargestellt. Beim Bereitschaftszustandsverstärker 14, der eine geringere Spannung aufweist als der Haupttreiberverstärker 13, ergibt sich eine längere Zeit bis zu n Erreichen des gewünschten Pegels. Die Zeit auf dem niedrigeren Spannungspegel ist in Fig. 3 durch den Zeitraum d angegeben. In der zweiten Situation, in der der Auslösepegel niedriger ist als der gewünschte Vbb-Pegel, können sich die verschiedenen Spannungspegel so stabilisieren, daß der Haupttreiberverstärker nie abgetrennt wird, wie durch den S1'-Spannungspegel in Fig. 3 dargestellt ist. In der ersten alternativen Situation wird der gewünschte Vbb-Spannungspegel nicht in einem annehmbaren Zeitraum erreicht. In der zweiten alternativen Situation wird der Haupttreiberverstärker nie deaktiviert, und es wird folglich unnötig Leistung verbraucht.

Es ist daher ein Bedarf an einer Vorrichtung und einem entsprechenden Verfahren aufgetreten, wodurch sich das Hochfahren einer Versorgungsspannung erreichen läßt, wobei der gewünschte Pegel zeitlich geregelt erreicht wird. In ähnlicher Weise sollten die Vorrichtung und das Verfahren zu keinen Konfigurationen führen, in denen die Haupttreiberspannung nicht die gewünschte Spannung erreichen kann. Anders ausgedrückt, ist ein Bedarf an einer Vorrichtung und einem entsprechenden Verfahren aufgetreten, wobei das Hochfahren einer Versorgungsspannung nicht durch die diskreten Inkremente eines Analogdetektors begrenzt ist.

In EP-A-0 388 918 ist eine Substratladeschaltung offenbart, die eine Substratpotential-Erkennungsschaltung aufweist, die eine Substratpotential- Erzeugungsschaltung aktiviert, wenn das Substratpotential nicht niedrig genug ist, und die eine Substratpotential-Leckschaltung aktiviert, welche das Substrat über einen Widerstand an Masse legt, wenn das Substratpotential zu niedrig ist.

In EP-A-0 068 611 ist ein Substratversorgungsgenerator offenbart, der eine durch einen Oszillator betriebene Ladungspumpe aufweist. Es wird durch Kurzschließen eines Anschlusses des Versorgungsgenerators an Masse in einen Testmodus eingetreten, woraufhin das Substratpotential frei festgelegt werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine sekundäre Spannungsversorgung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Hochfahrmodus für eine sekundäre Spannungsversorgung vorgesehen, die in den anliegenden Ansprüchen defniert sind. Der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 beruht auf den zum Stand der Technik gehörenden Merkmalen der Fig. 1 bis 3.

Die erwähnten und andere Merkmale werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ersetzen des diskreten Werts eines Analogdetektors erreicht, wobei der diskrete Wert bestimmt, wann die einen Spannungsanschluß in einem Hochfahrmodus aktivierende Spannungsquelle mit einer Zeitbasiseinheit von einem Haupttreiberverstärker zu einem Niederspannungs-Bereitschaftszustands- Treiberverstärker überführt wird. Die Zeitbasiseinheit behält den Haupttreiberverstärker als die Spannungsquelle für den Spannungsversorgungs- Ausgangsanschluß für einen vorgegebenen Zeitraum bei. Nach Ablauf des vorgegebenen Zeitraums wird der Hauptverstärker als Spannungsquelle für den Spannungsanschluß entfernt. Der Bereitschaftszustands-Treiberverstärker kann entweder zu diesem Zeitpunkt aktiviert werden, oder der Bereitschaftszustandsverstärker kann aktiviert bleiben, wenn der Hauptverstärker und der Bereitschaftszustandsverstärker unabhängig sind. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist die Zeitbasiseinheit durch eine Oszillatoreinheit und eine Oszillatorzählereinheit bereitgestellt. Die Oszillatorzählereinheit zählt eine vorbestimmte Anzahl von Signalen vom Oszillator, und wenn diese vorbestimmte Anzahl identifziert worden ist, wird die an den Spannungsanschluß angelegte Spannung vom Haupttreiberverstärker zum Bereitschaftszustands-Treiberverstärker gewechselt. Auf diese Weise wird das Problem einer vorzeitigen Übertragung der Spannungsquelle am Spannungsanschluß vermieden und das Problem einer fortgesetzten Aktivierung des Haupttreiberverstärkers vermieden.

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren verständlich werden, wobei:

- Fig. 1 ein Blockdiagramm einer sekundären Spannungsversorgungseinheit gemäß dem Stand der Technik ist,

- Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm eines in Fig. 1 verwendeten Analogdetektors ist,

- Fig. 3 ein Diagramm von Signalen an verschiedenen Knotenpunkten für die sekundäre Spannungsversorgungseinheit aus Fig. 1 ist,

- Fig. 4 ein Blockdiagramm einer sekundären Spannungsversorgungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist und

- Fig. 5 ein Blockdiagramm der Signale an gewählten Knotenpunkten während des Hochfahrens der Spannungsversorgungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Fig. 1, 2 und 3 wurden in Zusammenhang mit dem Stand der Technik erörtert.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm der sekundären Spannungsversorgungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Hochfahr-Erkennungseinheit 11 ist mit einem Versorgungsanschluß Vdd gekoppelt. Die Hochfahr-Erkennungseinheit 11 legt ein Hochfahr-Erkennungssignal an eine Oszillatorzählereinheit 22 an. Die Oszillatorzählereinheit 22 empfängt auch ein Signal von einer Oszillatoreinheit 21. Das Ausgangssignal von der Oszillatorzählereinheit 22 wird an einen Eingangsanschluß eines Verstärkers 13 und an einen ersten Anschluß eines Verstärkers 14 angelegt. Ein zweiter Eingangsanschluß des Verstärkers 14 empfängt ein aktivierendes Bereitschaftszustands-Steuersignal. Der Leitungsweg vom Ausgangsanschluß der Oszillatorzählereinheit 22 zum Eingangsanschluß des Verstärkers 14 ist mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. Die unterbrochene Linie soll angeben, daß die Arbeitsweise des Verstärkers 13 und die Arbeitsweise des Verstärkers 14 bei manchen Konfigurationen voneinander unabhängig sind. Die Ausgangsanschlüsse des Verstärkers 13 und des Verstärkers 14 sind mit dem Vbb-Spannungsversorgungs-Ausgangsanschluß gekoppelt und führen dem Anschluß Leistung zu.

ARBEITSWEISE DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)

Die Arbeitsweise der sekundären Spannungsversorgungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann am besten bei Betrachtung von Fig. 5 verstanden werden. Wie mit Bezug auf Fig. 3 erörtert wurde, legt die Hochfahr- Erkennungseinheit beim Hochfahren der Vdd-Spannungsversorgung ein Hochfahr-Erkennungssignal an die Oszillatoreinheit 22 an, wenn die Vdd-Spannung einen vorbestimmten Pegel erreicht. Danach wird das Hochfahr-Erkennungssignal in bezug zum Anstieg der Vdd-Ausgangsspannung gebracht, und das Hochfahr- Erkennungssignal nimmt einen Gleichgewichtszustandswert an, wenn die Vdd- Spannung einen Gleichgewichtszustandswert erreicht. Die Oszillatoreinheit 21 wird typischerweise während des Hochfahrvorgangs aktiviert, und die Signale von der Oszillatoreinheit 21 sind vor dem Aktivieren der Oszillatorzählereinheit 22 vorhanden. Die Oszillatorzählereinheit 21 wird durch das Hochfahr- Erkennungssignal aktiviert. Nach dem Aktivieren erzeugt die Oszillatorzählereinheit 22 das Signal S1. Das S1-Signal aktiviert den Haupttreiberverstärker 13 und kann den Bereitschaftszustands-Treiberverstärker 14 deaktivieren, falls die beiden Verstärker so konfiguriert sind, daß ihre Arbeitsweisen koordiniert sind. Der Haupttreiberverstärker 13 führt dem Vbb-Anschluß, sobald er aktiviert wurde, Leistung zu, bis er deaktiviert wird. Die Oszillatorzählereinheit 22 zählt dann eine vorgegebene Anzahl (n in Fig. 5) von Oszillatorimpulsen. Sobald die vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt worden ist, wird das S1-Signal vom Haupttreiberverstärker 13 entfernt, wodurch der Haupttreiberverstärker 13 deaktiviert wird. Durch das gleichzeitige Entfernen des S1-Signals vom Bereitschaftszustands- Treiberverstärker 14 kann der Verstärker 14 aktiviert werden, wenn der Haupttreiberverstärker und der Bereitschaftszustands-Treiberverstärker beide durch die Spannung S1 gesteuert werden. Danach wird dem Anschluß Vbb auf einem verringerten Pegel Leistung zugeführt.

Der Zählwert von der Oszillatoreinheit 21, der das Deaktivieren des Haupttreiberverstärkers 13 und bei bestimmten Ausgestaltungen das Aktivieren des Bereitschaftszustands-Treiberverstärkers 14 bestimmt, wird so ausgewählt, daß gewährleistet wird, daß der gewünschte Spannungspegel so schnell wie möglich erreicht wird. Die Oszillatorzählereinheit 22 wird typischerweise so programmiert, daß das S1-Signal nach einem größeren Zählwert entfernt wird als erforderlich ist, um zu gewährleisten, daß die gewünschte Betriebsspannung Vbb vor dem Deaktivieren des Haupttreiberverstärkers erreicht wird. Durch sorgfältige Auswahl des für die Änderung an den Verstärkern erforderlichen Zählwerts sorgt die Hochfahrschaltung dafür, daß der gewünschte Spannungspegel erreicht wird, während auch dafür gesorgt wird, daß der Haupttreiberverstärker dem Spannungsanschluß nicht länger weitet Leistung zuführt als erforderlich ist, um den gewünschten Spannungspegel zu erreichen.

Wenngleich die Erfindung unter besonderem Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, werden Fachleute verstehen, daß verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente der bevorzugten Ausführungsform durch gleichwertige Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurde die vorliegende Erfindung unter besonderem Bezug auf einen Oszillator und eine Oszillatorzählereinheit beschrieben. Die Technik zum Gewährleisten, daß der gewünschte Spannungspegel erreicht wird, bevor die Änderung an den den Anschluß mit Leistung versorgenden Verstärkern vorgenommen wird, kann jedoch jede beliebige Zeitbasisvorrichtung einschließen, die nach einer ausreichenden Zeit, damit die erzeugte Spannung den gewünschten Pegel erreicht, ein Signal liefert. Weiterhin können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation und ein bestimmtes Material an eine Lehre der vorliegenden Erfindung anzupassen, ohne von den wesentlichen Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Sekundäre Spannungsversorgung, die anspricht auf ein Hochfahren einer primären Spannungsversorgung (VDD), wobei die sekundäre Spannungsversorgung folgendes umfaßt:

einen ersten Verstärker (13), der auf ein erstes Signal (S1) anspricht, um die Versorgung für die sekundäre Spannungsversorgung zu liefern; und

einen zweiten Verstärker (14), der auf ein zweites Signal anspricht, um die Versorgung für die sekundäre Spannungsversorgung zu liefern; dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Spannungsversorgung

eine Zeitbasiseinheit (21, 22) umfaßt, um das erste Signal (S1) in Reaktion auf ein Hochfahren der primären Spannungsversorgung zu erzeugen, wobei die Zeitbasiseinheit das erste Signal nach einem vorherbestimmten Zeitintervall entfernt;

wobei der zweite Verstärker die Versorgung für die sekundäre Spannungsversorgung für die Zeitdauer von dem Ende des vorherbestimmten Zeitintervalls an liefert und wobei die Zeitbasiseinheit das erste Signal während eines Zeitintervalls liefert, das ausreicht, damit eine Spannung (VBB) der sekundären Spannungsversorgung einen vorherbestimmten Pegel erreicht.

2. Sekundäre Spannungsversorgung nach Anspruch 1, bei der die Zeitbasiseinheit (21, 22) das zweite Signal erzeugt, nachdem das erste Signal entfernt wurde.

3. Sekundäre Spannungsversorgung nach Anspruch 2, bei der das erste Signal (S1) das logische Komplement des zweiten Signals ist.

4. Sekundäre Spannungsversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zeitbasiseinheit

eine Oszillatoreinheit (21) und

eine Oszillatorzählereinheit (22) umfaßt, wobei das vorherbestimmte Zeitintervall durch eine vorher ausgewählte Anzahl von Signalen von der Oszillatoreinheit bestimmt wird.

5. Sekundäre Spannungsversorgung nach Anspruch 4, die darüber hinaus eine Hochfahr-Erkennungseinheit (11) aufweist, um ein Aktivierungssignal zu der Oszillatorzählereinheit (22) zu liefern, wenn sich die primäre Spannungsversorgung in einem Hochfahrmodus befindet.

6. Verfahren zum Bereitstellen eines Hochfahrmodus für eine sekundäre Spannungsversorgung mit dem folgenden Schritt:

es wird als Reaktion auf ein Hochfahren der primären Spannungsversorgung ein erster Treiberverstärker (13) aktiviert, um eine Spannung an einem Ausgangsanschluß (VBB) der sekundären Spannungsversorgung bereitzustellen;

dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahren

nach einer vorherbestimmten Zeitdauer der erste Treiberverstärker deaktiviert wird und mittels eines zweiten Treiberverstärkers (14) eine Spannung an den Ausgangsanschluß während der Zeitdauer angelegt wird, von der an der erste Treiberverstärker deaktiviert ist,

wobei bei dem Schritt des Aktivierens des ersten Treiberverstärkers die Spannung am Ausgangsanschluß erhöht oder vermindert wird, so daß sie einen vorherbestimmten Pegel erreicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die vorherbestimmte Zeitdauer durch den Schritt des Zählens der Ausgangssignale einer Oszillatoreinheit (21) bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem bei dem Schritt des Zählens eine Zählereinheit (22) aktiviert wird, wenn der erste Treiberverstärker aktiviert wird.







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