DE4130191C2 - Konstantspannungsgenerator für eine Halbleitereinrichtung mit kaskadierter Auflade- bzw. Entladeschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Konstantspannungsgenerator für eine Halb­ leitereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Konstantspannungsgenerator ist bereits aus der DE 38 14 667 A1 oder aus der DE 40 06 306 A1 bekannt. Der bekannte Konstantspannungsgenerator für eine Halbleitereinrichtung enthält eine Pulserzeugungsschaltung, eine mit einer Spannungsversorgungsleitung verbundene Potentialerzeugungsschaltung, einen Speicherkondensator und eine Spannungserzeugungsschaltung, die elektrisch in Reihe ge­ schaltet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Konstantspannungsge­ nerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der seine Konstantspan­ nung unbeeinflußt von Schwankungen der Versorgungsspannung erzeu­ gen kann. Er soll darüber hinaus auch in der Lage sein, in sehr kurzer Zeit eine Konstantspannung zu erzeugen, die größer als die Versorgungsspan­ nung ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Konstantspannungsgenerator nach der Erfindung zeichnet sich da­ durch aus, daß die Potentialerzeugungsschaltung eine kaskadierte Aufla­ de- bzw. Entladeschaltung mit mehreren Stufen ist, die jeweils folgendes enthalten:

• - einen Verstärker zum Verstärken des Pulssignals von einer vorhergehen­ den Stufe, durch den das Pulssignal über ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert wird, wobei der Verstärker der ersten Stufe das Pulssignal von der Pulserzeugungsschaltung empfängt, und
• - einen mit dem Ausgang des Verstärkers verbundenen Kondensator, der über eine erste Diode Ladungen von der Spannungsversorgungsleitung empfängt, wenn der Ausgang des Verstärkers einen niedrigen Pegel ein­ nimmt, und über eine zweite Diode Ladungen zum Kondensator der nach­ folgenden Stufe liefert, wenn der Ausgang des Verstärkers eine hohen Pe­ gel einnimmt.

Die Verstärker können beispielsweise durch Inverter gebildet sein. Dabei empfängt der Verstärker der ersten Stufe das Ausgangssignal der Pulser­ zeugungsschaltung. Der Verstärker der ersten Stufe besteht nur aus ei­ nem Inverter. Dagegen sind die Verstärker der zweiten und dritten Stufen aus jeweils zwei in Reihe geschalteten Invertern gebildet. Sämtliche Ver­ stärker liegen in Reihe. Am Ausgang eines jeden Verstärkers ist ein An­ schluß eines Kondensators angeschlossen, dessen anderer Anschluß über jeweils eine erste Diode mit der Spannungsversorgungsleitung Vcc ver­ bunden ist. Der Mittelabgriff zwischen dem Kondensator und der ersten Diode der ersten Stufe ist über eine der zweiten Dioden mit dem Mittelab­ griff zwischen dem Kondensator und der ersten Diode der zweiten Stufe verbunden, während dieser zuletzt genannte Mittelabgriff über eine weite­ re zweite Diode mit dem Mittelabgriff zwischen dem Kondensator und der ersten Diode der dritten Stufe verbunden ist. Dieser genannte Mittelabgriff der dritten Stufe ist dann über eine weitere zweite Diode einerseits mit der Spannungserzeugungsschaltung und andererseits mit dem Speicherkon­ densator verbunden.

Mit Hilfe des Konstantspannungsgenerators nach der Erfindung ist es möglich, den Speicherkondensator sehr schnell aufzuladen, und zwar durch Ladungen von der Spannungsversorgungsleitung in Übereinstim­ mung mit einem Pumpverhältnis, das durch die Frequenz des AC-Signals bestimmt wird. Dabei wird eine Konstantspannung erhalten, die unab­ hängig ist von der Spannung der Spannungsversorgungsleitung. Die Spannung über dem Speicherkondensator wird dabei auf einen vorbe­ stimmten Spannungswert begrenzt, so daß am Ausgang der Spannungser­ zeugungsschaltung die gewünschte Konstantspannung erhalten wird. Diese Konstantspannung kann darüber hinaus größer sein als die Span­ nung auf der Spannungsversorgungsleitung.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Konstantspannungsgenerators,

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Ringoszillatorschaltung (Pulserzeugungsschaltung) für den Konstant­ spannungsgenerator gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm einer kaskadierten Auflade- bzw. Entla­ deschaltung für den Konstantspannungsgenerator gemäß Fig. 1, und

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm einer Spannungserzeugungsschaltung für den Konstantspannungsgenerator gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 enthält ein Konstantspannungsgenerator eine Oszillator­ schaltung 10 zur Erzeugung eines Wechselstromsignals (AC-Signals) ei­ ner bestimmten Frequenz, eine kaskadierte Auflade- bzw. Entladeschal­ tung 20, die mit einer Spannungsversorgungsleitung verbunden ist und durch das AC-Signal der Oszillatorschaltung 10 gesteuert wird, einen Speicherkondensator 30, der mit dem Ausgang der kaskadierten Auflade- bzw. Entladeschaltung 20 verbunden ist und eine Spannungserzeugungs­ schaltung 40 zur Ausgabe einer Konstantspannung durch Begrenzung der Spannung über dem Speicherkondensator 30 auf einen vorbestimmten Pe­ gel.

Die Fig. 2 zeigt die Oszillatorschaltung 10 als Ringoszillatorschaltung, bei der der Ausgang von n in Kaskade geschalteten CMOS-Invertern INVl bis INVn auf den Eingang des ersten Inverters INVl zurückgekoppelt ist. Der letzte Inverter INVn ist so ausgebildet, daß durch ihn die Oszillator­ schaltung eingeschaltet werden kann, und zwar durch ein "Enable"-Signal EN. Mit anderen Worten sind bei diesem letzten Inverter INVn PMOS und NMOS-Transistoren 15a und 15b in Reihe und zwischen der Versorgungs­ spannungsleitung und Erde geschaltet, wobei der Sourceanschluß des NMOS-Transistors 15b über einen Einschalttransistor 15c geerdet ist. Der Gateanschluß des NMOS-Transistors 15c empfängt das "Enable"-Signal EN, um eingeschaltet zu werden, wenn der Eingang logisch hoch liegt. Die un­ gefähre Frequenz der Ringoszillatorschaltung 10 bestimmt sich zu (2Tdn)^-1, wobei Td die Zeitverzögerung eines CMOS-Inverters und n die An­ zahl der Inverter sind. Die Ringoszillatorschaltung 10 ist vorliegend ledig­ lich als Beispiel angeführt. Selbstverständlich können auch andere Oszil­ latorschaltungen zum Einsatz kommen, vorausgesetzt, sie lassen sich auf einem VLSI-Chip anbringen.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau der kaskadierten Auflade- bzw. Entladeschal­ tung 20. Sie besteht aus einer dreistufigen Kaskade, wobei die jeweiligen Stufen Verstärker 21a bis 23a, Kondensatoren 21b bis 23b, erste Dioden 21c bis 23c und zweite Dioden 21d bis 23d enthalten. Die er­ ste Stufe 21 ist so geschaltet, daß das von der Oszillatorschaltung 10 aus­ gegebene AC-Signal zu einem Anschluß des Kondensators 21b geliefert wird, und zwar über den als CMOS-Inverter ausgebildeten Verstärker 21a. Der andere Anschluß des Kondensators 21b wird mit Ladungen von einer Spannungsversorgungsleitung Vcc versorgt, und zwar über die erste Dio­ de 21c. Die im Kondensator 21b gespeicherten Ladungen werden zum Kon­ densator 22b der nächsten Stufe 2 übertragen, und zwar über die zweite Diode 21d. Der schaltungsmäßige Aufbau der zweiten Stufe 22 und der der dritten Stufe 23 ist ähnlich zu dem der ersten Stufe 21, mit Ausnahme der Tatsache, daß jeweils ein CMOS-Puffer aus zwei in Kaskade geschalteten CMOS-Invertern als Verstärker 22a bzw. 23a verwendet wird, um die je­ weils ihnen zugeordneten Kondensatoren 22b bzw. 23b mit einem verzö­ gerten AC-Signal zu treiben, das von der vorhergehenden Stufe in vorbe­ stimmten Zeitintervallen geliefert wird. Wird somit das AC-Signal bei lo­ gisch niedrigem Zustand zum Kondensator übertragen, so wird dieser Kondensator von der Spannungsversorgungsleitung Vcc über die erste Diode aufgeladen. Nimmt dagegen das AC-Signal einen hohen logischen Zustand an, so werden die im Kondensator gespeicherten Ladungen zur Versorgungsspannungsseite des Kondensators der nächsten Stufe über­ tragen, und zwar über die zweite Diode. Da die Verstärker 21a bis 23a das von ihnen empfangene AC-Signal zwecks Ansteuerung des jeweiligen Kon­ densators um eine vorbestimmte Zeit verzögern, werden in der nächsten Stufe die in der vorhergehenden Stufe gespeicherten Ladungen und die im Kondensator der vorliegenden Stufe gespeicherten Ladungen zur nachfol­ genden Stufe übetragen. Im Ergebnis ergibt sich in der letzten Stufe eine Gesamtladung, die die Summe der Ladungen der jeweiligen Stufen bildet. Diese Gesamtladung wird im Speicherkondensator 30 gespeichert, der ei­ ne größere Kapazität aufweist. Im vorliegenden Fall sind die ersten und zweiten Dioden 21c bis 23c und 21d bis 23d durch MOS-Transistoren gebil­ det, die als Dioden geschaltet sind. Stattdessen lassen sich aber auch PN- Sperrschichtdioden verwenden.

In der Fig. 4 ist die Spannungserzeugungsschaltung 40 dargestellt. Sie besteht aus mehreren in Reihe geschalteten und in Vorwärtsrichtung vor­ gespannten Dioden Dl bis Dn, die über einen in Reihe zu ihnen geschalte­ ten MOS-Transistor 41 parallel zum Speicherkondensator 30 liegen. Der MOS-Transistor 41 läßt sich ebenfalls mit Hilfe des bereits genannten "Enable"-Signals EN ein- und ausschalten. Die Summe der Vorwärtsspannungen der n-Dioden wird somit als eine bestimmte Span­ nung an einem Ausgangsanschluß 50 ausgegeben, wenn das "Enable"- Signal EN auf hohem Pegel liegt. Somit läßt sich eine vorbestimmte Kon­ stantspannung durch Bestimmung der Anzahl der miteinander verbunde­ nen Dioden Dl, . . ., Dn erhalten (n-Anzahl der Dioden). Die Dioden können MOS-Dioden oder Zenerdioden sein.

Die Konstantspannung ist unabhängig von der Versorgungsspannung. Die erhaltene Konstantspannung kann darüber hinaus auch größer als die Versorgungsspannung sein, so daß die Konstantspannung auch zur Steu­ erung eines VLSI-Systems oder einer Speichereinrichtung herangezogen werden kann.

Claims (3)

1. Konstantspannungsgenerator für eine Halbleitereinrichtung, bei dem eine Pulserzeugungsschaltung (10), eine mit einer Spannungsversor­ gungsleitung (Vcc) verbundene Potentialerzeugungsschaltung (20), ein Speicherkondensator (30) und eine Spannungserzeugungsschaltung (40) elektrisch in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Po­ tentialerzeugungsschaltung (20) eine kaskadierte Auflade- bzw. Entlade­ schaltung mit mehreren Stufen (21, 22, 23) ist, die jeweils folgendes ent­ halten:

• - einen Verstärker (21a, 22a, 23a) zum Verstärken des Pulssignals von ei­ ner vorhergehenden Stufe, durch den das Pulssignal über ein vorbe­ stimmtes Zeitintervall verzögert wird, wobei der Verstärker (21a) der er­ sten Stufe (21) das Pulssignals von der Pulserzeugungsschaltung (10) empfängt und
• - einen mit dem Ausgang des Verstärkers (21a, 22a, 23a) verbundenen Kondensator (21b, 22b, 23b), der über eine erste Diode (21c, 22c, 23c) La­ dungen von der Spannungsversorgungsleitung (Vcc) empfängt, wenn der Ausgang des Verstärkers (21a, 22a, 23a) einen niedrigen Pegel einnimmt, und über eine zweite Diode (21d, 22d, 23d) Ladungen zum Kondensator der nachfolgenden Stufe liefert, wenn der Ausgang des Verstärkers (21a, 22a, 23a) einen hohen Pegel einnimmt.

2. Konstantspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweils ersten und zweiten Dioden (21c, 22c, 23c; 21d, 22d, 23d) durch PN-Sperrschichtdioden oder durch als Dioden geschaltete MOS-Transistoren gebildet sind.

3. Konstantspannungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verstärker (21a) der ersten Stufe aus einem Inver­ ter und die Verstärker (22a, 23a) der nachfolgenden Stufen aus jeweils zwei in Reihe geschalteten Invertern bestehen.