JP2552534B2 - Substrate bias voltage generation circuit - Google Patents
Substrate bias voltage generation circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明はDRAM等に使用される基板バイアス電圧発生回
路に関する。The present invention relates to a substrate bias voltage generating circuit used for DRAM and the like.
(ロ)従来の技術 DRAMでは基板バイアス電圧発生回路を用いて基板電圧
VBBを負に保持している。斯る基板バイアス電圧発生回
路のブロック図を第2図に示す。この基板バイアス電圧
発生回路はレベル検知回路(1)、主リング発振回路
(2)、副リング発振回路(3)、基板バイアス回路
(4)(5)より構成されている。レベル検知回路
(1)は基板電圧VBBを検知し、主リング発振回路
(2)の動作を制御するものであり、基板電圧VBBが負
の一定電圧以下になると作動を停止する。主リング発振
回路(2)および副リング発振回路(3)はインバータ
を奇数段縦列接続したものであり、主リング発振回路
(2)は大きい基板電圧VBBを発生する発振器であり、
副リング発振回路(3)は小さい基板電圧VBBを発生す
る発振器であって、常時動作しており基板電圧VBBの維
持を目的とする。基板バイアス回路(4)(5)はとも
にチャージポンプ回路を有し、主リング発振回路(2)
および副リング発振回路(3)からの出力により基板電
圧VBBを発生する。なお、主リング発振回路(2)およ
び副リング発振回路(3)にはINH入力が印加される
と、ともに動作を停止する。更に各回路のスタンバイ電
流は第2図に記載した通りである。(B) Conventional technology In the DRAM, the substrate bias voltage generation circuit is used.
Holds V BB negative. A block diagram of such a substrate bias voltage generating circuit is shown in FIG. This substrate bias voltage generation circuit is composed of a level detection circuit (1), a main ring oscillation circuit (2), a sub ring oscillation circuit (3), and substrate bias circuits (4) and (5). The level detection circuit (1) detects the substrate voltage V BB and controls the operation of the main ring oscillation circuit (2), and stops its operation when the substrate voltage V BB becomes a negative constant voltage or less. The main ring oscillator circuit (2) and the sub ring oscillator circuit (3) are inverters connected in cascade in odd stages, and the main ring oscillator circuit (2) is an oscillator that generates a large substrate voltage V BB .
The sub-ring oscillator circuit (3) is an oscillator that generates a small substrate voltage V BB , is always operating, and aims to maintain the substrate voltage V BB . The substrate bias circuits (4) and (5) both have a charge pump circuit, and the main ring oscillation circuit (2)
And the substrate voltage V BB is generated by the output from the sub ring oscillator circuit (3). When the INH input is applied to the main ring oscillator circuit (2) and the sub ring oscillator circuit (3), both of them stop operating. Further, the standby current of each circuit is as described in FIG.
次に第3図を参照して従来の基板バイアス電圧発生回
路の回路図を示す。レベル検知回路(1)はNチャンネ
ルMOSトランジスタT1,T2,T3とPチャンネルMOSトランジ
スタT4を縦列接続し、MOSトランジスタT4のドレインに
電源電圧VDD(5V)を印加し、MOSトランジスタT1のドレ
インに基板電圧VBB(−3V)を印加し、MOSトランジスタ
T1,T2のゲートとソースを夫々接続し、MOSトランジスタ
T3,T4のゲートは接地し、MOSトランジスタT3,T4のソー
スから出力を得ている。主リング発振回路(2)は3つ
のインバータをリング状に接続し、副リング発振回路
(3)も3つのインバータをリング状に接続して形成さ
れる。基板バイアス回路(4)(5)は2段のインバー
タとキャパシタとダイオードより成るチャージポンプ回
路である。Next, referring to FIG. 3, a circuit diagram of a conventional substrate bias voltage generating circuit is shown. The level detection circuit (1) connects N-channel MOS transistors T 1 , T 2 , T 3 and P-channel MOS transistor T 4 in cascade, applies a power supply voltage V DD (5V) to the drain of MOS transistor T 4 , and Apply substrate voltage V BB (-3V) to the drain of transistor T 1
Connect the gate and source of T 1 and T 2 respectively , and
The gates of T 3 and T 4 are grounded, and the outputs are obtained from the sources of the MOS transistors T 3 and T 4 . The main ring oscillation circuit (2) is formed by connecting three inverters in a ring shape, and the sub ring oscillation circuit (3) is also formed by connecting three inverters in a ring shape. The substrate bias circuits (4) and (5) are charge pump circuits including two stages of inverters, capacitors and diodes.
この基板バイアス電圧発生回路の動作は以下の通りで
ある。基板電圧VBBが0のとき、レベル検知回路(1)
の出力はMOSトランジスタT1,T2,T3がOFFし、MOSトラン
ジスタT4がONしているのでハイレベルとなりゲート
(6)を開き、主リング発振回路(2)の出力は基板バ
イアス回路(4)に印加される。この結果、主リング発
振回路(2)の出力がハイレベルのとき、基板バイアス
回路(4)のキャパシタには一方を接地したダイオード
を介して充電され、主リング発振回路(2)の出力がロ
ーレベルのとき、VBB端子に接続されたダイオードを介
して負の基板電圧を出力する。副リング発振回路(3)
および基板バイアス回路(5)も同様な動作を常時行っ
ている。基板電圧VBBが−3Vになると、レベル検知回路
(1)のMOSトランジスタT1,T2,T3,T4はすべてONして、
その出力はローレベルとなる。この結果、ゲート(6)
は閉じて主リング発振回路(2)の出力は遮断されて基
板電圧VBBの発生は副リング発振回路(3)のみとな
り、基板電圧VBBの維持を行う。The operation of this substrate bias voltage generating circuit is as follows. Level detection circuit when substrate voltage V BB is 0 (1)
The output of is high level because the MOS transistors T 1 , T 2 , T 3 are off and the MOS transistor T 4 is on, so the gate (6) is opened, and the output of the main ring oscillator circuit (2) is the substrate bias circuit. It is applied to (4). As a result, when the output of the main ring oscillator circuit (2) is at a high level, the capacitor of the substrate bias circuit (4) is charged through the diode whose one side is grounded, and the output of the main ring oscillator circuit (2) becomes low. When level, it outputs a negative substrate voltage through the diode connected to the V BB pin. Sub ring oscillator circuit (3)
The substrate bias circuit (5) also constantly performs the same operation. When the substrate voltage V BB becomes −3V, all the MOS transistors T 1 , T 2 , T 3 , T 4 of the level detection circuit (1) are turned on,
Its output goes low. As a result, the gate (6)
Is closed and the output of the main ring oscillation circuit (2) is cut off, and the substrate voltage V BB is generated only in the sub ring oscillation circuit (3), and the substrate voltage V BB is maintained.
なお斯る基板バイアス電圧発生回路の先行技術として
は特開昭59−126660号公報(H01L 27/04)等がある。As a prior art of such a substrate bias voltage generating circuit, there is JP-A-59-126660 (H01L 27/04).
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら斯上した従来の基板バイアス電圧発生回
路では、基板電圧VBBが十分に充電された状態になる
と、主リング発振回路(2)および基板バイアス回路
(4)は停止し、スタンバイ状態ではレベル検知回路
(1)の電流I1=5μA、副リング発振回路(3)の電
流I3=20μA、基板バイアス回路(5)の電流I5=20μ
Aの計45μAの電流が流れる。従ってスタンバイ状態で
の消費電流がまだ大きい問題点を有していた。(C) Problem to be Solved by the Invention However, in the above-described conventional substrate bias voltage generating circuit, when the substrate voltage V BB is sufficiently charged, the main ring oscillation circuit (2) and the substrate bias circuit (4 ) Is stopped, and the current I 1 of the level detection circuit (1) is 5 μA, the current I 3 of the auxiliary ring oscillator circuit (3) is 20 μA, and the current I 5 of the substrate bias circuit (5) is I 5 = 20 μ in the standby state.
A total current of 45 μA flows. Therefore, the current consumption in the standby state is still large.
(ニ)課題を解決するための手段 本発明は斯る問題点に鑑みてなされ、レベル検知回路
のスタンバイ電流を無くするシュミット回路を設けるこ
とにより、従来の問題点を大幅に改善した基板バイアス
電圧発生回路を提供するものである。(D) Means for Solving the Problems The present invention has been made in view of the above problems, and a substrate bias voltage that greatly improves the conventional problems by providing a Schmitt circuit that eliminates the standby current of the level detection circuit. A generator circuit is provided.
(ホ)作用 本発明に依れば、レベル検知回路の出力端にシュミッ
ト回路を設けることにより、レベル検知回路の出力がロ
ーレベルになるとシュミット回路の出力がハイレベルに
反転し、レベル検知回路のPチャンネルMOSトランジス
タをカットオフしてスタンバイ電流を無くする点に特徴
がある。(E) Operation According to the present invention, by providing the Schmitt circuit at the output end of the level detection circuit, when the output of the level detection circuit becomes the low level, the output of the Schmitt circuit is inverted to the high level, and the output of the level detection circuit The feature is that the standby current is eliminated by cutting off the P-channel MOS transistor.
(ヘ)実施例 本発明の一実施例を第1図を参照して説明する。本発
明の特徴はレベル検知回路にあり、後に設ける主リング
発振回路(2)、副リング発振回路(3)、基板バイア
ス回路(4)(5)は第3図のものと同一であるのでこ
こでは説明を省略する。(F) Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of the present invention resides in the level detection circuit, and the main ring oscillation circuit (2), the sub ring oscillation circuit (3), and the substrate bias circuits (4) and (5) provided later are the same as those in FIG. Then, the description is omitted.
本発明に依るレベル検知回路(11)はNチャンネルMO
SトランジスタT11,T12とPチャンネルMOSトランジスタT
13を縦列接続し、MOSトランジスタT13のドレインに電源
電圧VDD(5V)を印加し、MOSトランジスタT11のドレイ
ンに基板電圧VBB(−3V)を印加し、MOSトランジスタT
11,T12のゲートとソースを夫々接続し、MOSトランジス
タT12,T13のソースから出力を得、更にこの出力に本発
明の特徴とするシュミット回路(12)を接続し、シュミ
ット回路(12)の出力をMOSトランジスタT13のゲートと
前述した主リング発振回路(2)の後段のゲート(6)
に印加している。The level detection circuit (11) according to the present invention is an N channel MO.
S-transistors T 11 , T 12 and P-channel MOS transistor T
Power supply voltage V DD (5V) is applied to the drain of the MOS transistor T 13 and substrate voltage V BB (−3V) is applied to the drain of the MOS transistor T 11 , and the MOS transistor T 13 is connected in cascade.
The gates and sources of 11 and T 12 are connected to each other, the outputs are obtained from the sources of the MOS transistors T 12 and T 13 , and the Schmitt circuit (12), which is the feature of the present invention, is connected to this output. ) Output from the gate of the MOS transistor T 13 and the gate (6) at the latter stage of the main ring oscillator (2) described above.
Is being applied to.
斯るレベル検知回路(11)は以下の様に動作する。基
板電圧VBBが十分に充電されていない場合、例えばVBB=
0Vのとき、MOSトランジスタT11,T12はOFFし、MOSトラン
ジスタT13はONしている。従ってレベル検知回路(11)
の出力はハイレベルとなり、シュミット回路(12)の出
力はローレベルとなりMOSトランジスタT13のONを維持す
る。シュミット回路(12)の出力はインバータ(13)を
介して反転して主リング発振回路(2)の後段のゲート
(6)に印加され、ゲート(6)を開いて基板電圧VBB
を発生し、基板の充電を行う。基板電圧VBBが十分に充
電され、例えばVBB=−3Vに達すると、レベル検知回路
(11)のMOSトランジスタT11,T12はONし、レベル検知回
路(11)の出力をVBB−2VtN−1.4Vに引っ張る。なおV
tNはMOSトランジスタT11,T12のスレッショルド電位であ
る。すると、このレベル検知回路(11)の出力によりシ
ュミット回路(12)の出力はハイレベルに反転し、MOS
トランジスタT13のゲートをハイレベルにバイアスしてO
FFする。更にインバータ(13)を介して主リング発振回
路(2)の後のゲート(6)を閉じて、主リング発振回
路(2)および基板バイアス回路(4)の動作を停止す
る。ここで、上記の如くシュミット回路(12)の出力が
反転すると、そのスレッショルド電圧は低スレッショル
ド電圧Vt * L)から高スレッショルド電圧(Vt * H)へ
変化する。このため、基板バイアス電圧VBBが外部ノイ
ズ等によって多少変動することがあっても、シュミット
回路(12)の出力が再びローレベルに反転することが防
止され、シュミット回路(12)の出力はハイレベルを維
持される。また、基板バイアス電圧VBBは、負の電圧へ
充電される過程において、主リング発振回路(2)の発
振に伴う振動成分を有しているが、この場合も同様に、
シュミット回路(12)を用いることにより、かかる振動
成分によって出力が不安定になるのが防止される。なお
前述した如く、副リング発振回路(3)および基板バイ
アス回路(5)は常時動作しており、基板電圧VBBを維
持している。Such a level detection circuit (11) operates as follows. If the substrate voltage V BB is not sufficiently charged, for example V BB =
At 0V, the MOS transistors T 11 and T 12 are off, and the MOS transistor T 13 is on. Therefore, the level detection circuit (11)
Output becomes high level and the output of the Schmitt circuit (12) becomes low level, and the MOS transistor T 13 is kept ON. The output of the Schmitt circuit (12) is inverted via the inverter (13) and applied to the gate (6) at the latter stage of the main ring oscillator circuit (2), and the gate (6) is opened to open the substrate voltage V BB.
Is generated and the substrate is charged. When the substrate voltage V BB is sufficiently charged and reaches, for example, V BB = −3V, the MOS transistors T 11 and T 12 of the level detection circuit (11) are turned on and the output of the level detection circuit (11) is changed to V BB − Pull to 2V tN −1.4V. Note that V
tN is the threshold potential of the MOS transistors T 11 and T 12 . Then, the output of this level detection circuit (11) inverts the output of the Schmitt circuit (12) to a high level,
Bias the gate of transistor T 13 to high level and
FF. Further, the gate (6) after the main ring oscillation circuit (2) is closed via the inverter (13) to stop the operation of the main ring oscillation circuit (2) and the substrate bias circuit (4). Here, when the output of the above as the Schmitt circuit (12) is inverted, the threshold voltage changes to the low threshold voltage V t * L) from the high threshold voltage (V t * H). Therefore, even if the substrate bias voltage V BB fluctuates to some extent due to external noise or the like, the output of the Schmitt circuit (12) is prevented from being inverted to the low level again, and the output of the Schmitt circuit (12) is kept high. The level is maintained. Further, the substrate bias voltage V BB has an oscillating component associated with the oscillation of the main ring oscillation circuit (2) in the process of being charged to a negative voltage. In this case as well,
By using the Schmitt circuit (12), it is possible to prevent the output from becoming unstable due to the vibration component. As described above, the sub ring oscillator circuit (3) and the substrate bias circuit (5) are always operating and maintain the substrate voltage V BB .
(ト)発明の効果 本発明に依れば、レベル検知回路(11)の出力にヒス
テリシス特性を有するシュミット回路(12)を接続する
ことにより、基板電圧VBBが十分に充電された時シュミ
ット回路(12)の出力によりレベル検知回路(11)のMO
SトランジスタT13をOFFして、レベル検知回路(11)の
スタンバイ電流をカットし、従来より5μAだけスタン
バイ電流を低減できる利点を有する。さらに、本発明に
よれば、ヒステリシス特性を有するシュミット回路(1
2)を採用したことにより、基板電圧VBBが外部ノイズ等
によって多少変動することがあっても、スタンバイ状態
を安定に維持でき、スタンバイ電流を安定に低減できる
という利点を有する。(G) Effect of the Invention According to the present invention, by connecting the output of the level detection circuit (11) to the Schmitt circuit (12) having a hysteresis characteristic, the Schmitt circuit when the substrate voltage V BB is sufficiently charged. MO of the level detection circuit (11) by the output of (12)
The S-transistor T 13 is turned off to cut off the standby current of the level detection circuit (11), which has an advantage that the standby current can be reduced by 5 μA as compared with the conventional case. Furthermore, according to the present invention, the Schmitt circuit (1
By adopting 2), even if the substrate voltage V BB fluctuates to some extent due to external noise, etc., the standby state can be maintained stably, and the standby current can be reduced stably.
第1図は本発明に依る基板バイアス電圧発生回路を説明
する回路図、第2図は一般的な基板バイアス電圧発生回
路を説明するブロック図、第3図は従来のレベル検知回
路を用いた基板バイアス電圧発生回路を説明する回路図
である。 (1)はレベル検知回路、(2)は主リング発振回路、
(3)は副リング発振回路、(4)(5)は基板バイア
ス回路、(6)はゲート、(11)はレベル検知回路、
(12)はシュミット回路、(13)はインバータである。FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a substrate bias voltage generating circuit according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram illustrating a general substrate bias voltage generating circuit, and FIG. 3 is a substrate using a conventional level detection circuit. It is a circuit diagram explaining a bias voltage generation circuit. (1) is a level detection circuit, (2) is a main ring oscillation circuit,
(3) is a sub-ring oscillator circuit, (4) and (5) are substrate bias circuits, (6) is a gate, (11) is a level detection circuit,
(12) is a Schmitt circuit, and (13) is an inverter.
Claims (2)
検知用のMOSトランジスタを電源電圧と基板電圧との間
に縦列接続しその接続点を出力とするレベル検知回路
と、前記レベル検知回路の出力が入力されたシュミット
回路と、前記シュミット回路の出力によって発振を制御
するリング発振回路と、前記リング発振回路の出力によ
り基板バイアス電圧を発生する基板バイアス回路とを具
備し、前記シュミット回路の出力を前記電流カット用の
MOSトランジスタのゲートに印加することを特徴とする
基板バイアス電圧発生回路。1. A level detection circuit in which a current-cutting MOS transistor and a level-detecting MOS transistor are connected in series between a power supply voltage and a substrate voltage and the connection point is an output, and the output of the level detection circuit is A Schmitt circuit that is input, a ring oscillation circuit that controls oscillation by the output of the Schmitt circuit, and a substrate bias circuit that generates a substrate bias voltage by the output of the ring oscillation circuit are provided, and the output of the Schmitt circuit is For current cut
A substrate bias voltage generating circuit characterized by being applied to the gate of a MOS transistor.
チャンネルMOSトランジスタで形成し、前記レベル検知
用のMOSトランジスタをNチャンネルMOSトランジスタで
形成することを特徴とする請求項1記載の基板バイアス
電圧発生回路。2. A MOS transistor for cutting the current is a P transistor.
2. The substrate bias voltage generating circuit according to claim 1, wherein the substrate bias voltage generating circuit is formed of a channel MOS transistor, and the level detecting MOS transistor is formed of an N channel MOS transistor.
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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