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JPS5951750B2 - Substrate bias generation circuit - Google Patents
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JPS5951750B2 - Substrate bias generation circuit - Google Patents

Substrate bias generation circuit

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Publication number
JPS5951750B2
JPS5951750B2 JP53145074A JP14507478A JPS5951750B2 JP S5951750 B2 JPS5951750 B2 JP S5951750B2 JP 53145074 A JP53145074 A JP 53145074A JP 14507478 A JP14507478 A JP 14507478A JP S5951750 B2 JPS5951750 B2 JP S5951750B2
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JP
Japan
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node
transistor
circuit
output
potential
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JP53145074A
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Japanese (ja)
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JPS5571058A (en
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省二 荏本
茂樹 野崎
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is DC
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/205Substrate bias-voltage generators

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMOS形ICにおいてシリコン半導体基板にバ
イアス電圧を与えるための基板バイアス発生回路に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a substrate bias generation circuit for applying a bias voltage to a silicon semiconductor substrate in a MOS type IC.

MOS形ICにおいては、シリコン半導体基板と接地電
位との間に基板バイアス電圧をかけて用いられる。
In a MOS type IC, a substrate bias voltage is applied between a silicon semiconductor substrate and a ground potential.

このような基板バイアス電圧は、従来は外部的に与えら
れることが多かつた。
Conventionally, such a substrate bias voltage has often been applied externally.

しかしながらそのためにバイアス発生回路を設けること
は煩雑であり、また費用の面からも好ましくないのでI
Cチップ内にバイアス発生回路を設けて、内部的に基板
バイアス電圧を供給することが行われている。第1図は
従来の基板バイアス発生回路の構成を示す回路図である
。同図において1は発振器、Q、、Q。、Q、、Q、は
トランジスタ、D、はダイオード、Clは結合コンデン
サであり、またN2、Noはノードをあられしている。
第1図において、、発振器1の信号はトランジスタQ、
、Q。
However, providing a bias generation circuit for this purpose is complicated and undesirable from a cost standpoint, so I
A bias generation circuit is provided in the C chip to internally supply a substrate bias voltage. FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional substrate bias generation circuit. In the figure, 1 is an oscillator, Q,,Q. , Q, ,Q are transistors, D is a diode, Cl is a coupling capacitor, and N2 and No are connected to nodes.
In FIG. 1, the signal of oscillator 1 is transmitted by transistor Q,
,Q.

を経て、ノードN2に出力を発生し、結合用コンデンサ
Clを介してノードNoに加えられる。nチャネルMO
Sの場合、基板はp形シリコンであり、これに負の基板
バイアス電圧をかける必要がある。今、ノードN2の電
位が上”ると、トランジスタQ、が導通してノードNo
を接地電位にする。次にノードNoの電位が下つたとき
はNoは負電位となりトランジスタQ3は導通せず、従
つてダイオードD、或いはトランジスタQ、を通じて出
力端子Tに負電圧を生じる。このようにして、正の電源
電圧Vccと接地電位の間を振幅するノードN2の出力
によつて、負の基板バイアス電フ圧VBBを発生するこ
とができる。第1図の回路において、ノードNoは基板
より負電位となつてダイオードD、またはトランジスタ
Q、がオンして初めて機能を発揮することになる。
An output is generated at the node N2, and is applied to the node No via the coupling capacitor Cl. n-channel MO
In the case of S, the substrate is p-type silicon, and it is necessary to apply a negative substrate bias voltage to it. Now, when the potential of node N2 rises, transistor Q becomes conductive and node No.
to ground potential. Next, when the potential of the node No falls, No becomes a negative potential and the transistor Q3 is not conductive, so that a negative voltage is generated at the output terminal T through the diode D or the transistor Q. In this way, the negative substrate bias voltage VBB can be generated by the output of the node N2 that oscillates between the positive power supply voltage Vcc and the ground potential. In the circuit shown in FIG. 1, the node No becomes functional only when the potential becomes more negative than that of the substrate and the diode D or transistor Q is turned on.

このためダイオードD、の順方向特性によつ5て拡散層
n層から基板p層に電子が注入されて、ダイナミックに
動作する周辺回路やメモリのセル等における情報に悪影
響を及ぼす。このためダイオートD1と並列にトランジ
スタQ4を設けてノードN2の電位と、BBとの間の電
位差を極力小さくするようにしていた。しかしながらト
ランジスタQ4は、そのゲートとドレインに同一電位が
与えられているため、十分、相互コンダタタンスGmを
上げることができず、従つて前述のごとき電子注入を効
果的に抑圧することができなかつた。本発明はこのよう
な従来技術の欠点を除去しようとするものであつて、そ
の目的は第1図の回路におけるトランジスタQ4を制御
することによつて電圧降下を最小限にし、従つて前述の
電子注入を防止できる基板バイアス発生回路を提供する
ことにある。
For this reason, electrons are injected from the n-diffusion layer to the p-layer of the substrate due to the forward characteristics of the diode D, which adversely affects information in dynamically operating peripheral circuits, memory cells, and the like. For this reason, a transistor Q4 is provided in parallel with the diode D1 to minimize the potential difference between the potential of the node N2 and BB. However, since the same potential is applied to the gate and drain of the transistor Q4, it is not possible to sufficiently increase the mutual conductance Gm, and therefore it is not possible to effectively suppress the electron injection as described above. The present invention seeks to eliminate these drawbacks of the prior art, and its purpose is to minimize the voltage drop by controlling transistor Q4 in the circuit of FIG. An object of the present invention is to provide a substrate bias generation circuit that can prevent injection.

この目的を達成するため、本発明の基板バイアス発生回
路においては、発振器の信号によつて駆動されコンデン
サを介して第1のノードに出力を供給する第1の回路、
外部信号によつて駆動されて前記第1の回路の出力と逆
相の出力をコンデンサを介して第2のノードに供給する
第2の回路、前記第1のノードと接地間に接続され前記
第1の回路の出力がハイレベルのとき導通して第1のノ
ードの電位を接地電位にクランプする第1のトランジス
タ、カソードを前記第1のノードに接続され前記第1の
回路の出力がローレベルのとき導通して負電圧を出力す
るダイオード、該ダイオードと並列に接続され前記第2
のノードの電位がハイレベルのとき導通しローレベルの
とき遮断する第2のトランジスタ、前記第2のノードと
前記ダイオードの出力端の間に接続され前記第1のノー
ドの電位がハイレベルのとき導通しローレ・−ベルのと
き遮断する第3のトランジスタとを具えたことを特徴と
している。以下、実施例について詳細に説明する。
To achieve this objective, the substrate bias generation circuit of the present invention includes a first circuit driven by an oscillator signal and supplying an output to a first node via a capacitor;
a second circuit driven by an external signal and supplying an output in phase opposite to the output of the first circuit to a second node via a capacitor; a second circuit connected between the first node and ground; a first transistor that is conductive when the output of the first circuit is at a high level and clamps the potential of the first node to the ground potential; a first transistor whose cathode is connected to the first node; the output of the first circuit is at a low level; a diode that conducts and outputs a negative voltage when
a second transistor that conducts when the potential of the node is high level and shuts off when the potential of the node is low level; the second transistor is connected between the second node and the output terminal of the diode and is connected when the potential of the first node is high level; It is characterized by comprising a third transistor which is turned off when conductive and at a low level. Examples will be described in detail below.

第2図は本発明の基板バイアス発生回路の一実施例の構
成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the substrate bias generation circuit of the present invention.

同図において、ご符号1,Q1,Q2,Q3,Q4,D
1,C1,N1,N2のあられすところは第1図の場合
と異ならない。Q5,Q6,Q7はトランジスタ、qは
結合コンデンサ、N3,N4,N5はノードである。ま
た第3図は第2図の回路における各部の動作4波形を示
すタイムチヤートである。
In the same figure, the symbols 1, Q1, Q2, Q3, Q4, D
1, C1, N1, and N2 are the same as in FIG. Q5, Q6, and Q7 are transistors, q is a coupling capacitor, and N3, N4, and N5 are nodes. Further, FIG. 3 is a time chart showing four operational waveforms of each part in the circuit of FIG. 2.

同図において(a)はノードN1、(b)はノードN2
、(c)はノードN4、(d)はノードN3における信
号をそれぞれ示している。第2図において、トランジス
タQ6およびQ7のゲートには、ノードN4がノードN
1と逆相になるように、信号VAおよびVBが与えられ
る。
In the same figure, (a) is node N1, and (b) is node N2.
, (c) show the signals at the node N4, and (d) show the signals at the node N3, respectively. In FIG. 2, node N4 is connected to the gate of transistors Q6 and Q7.
Signals VA and VB are applied so that they are in opposite phase to 1.

これにより例えば第3図においてタイミングT1で示す
ごとく、ノードN2が基板バイアス電圧VBBに対して
負または等しくなると、トランジスタQ5は遮断状態と
なる。このときノードN4がローレベルからハイレベル
になるように信号A,3を制御すると、ノードN4の信
号は結合コンデンサC2を経てノードN3に加えられて
、ノードN3は基板バイアス電圧VBBから上昇して(
VOO−VBB)の電圧(または(VOO−VthQ6
−VBB)の電圧;但しVthQ6はトランジスタQ6
のしきい値電圧)となる。これによつてトランジスタQ
4が導通し、従つて基板バイアス電圧VBBはノードN
2の電圧に等しくなり、電子の注入は生じない。次に、
発振器1の信号によつてノードN1がローレベルからハ
イレベルに変り、従つて結合コンデンサC1を介してノ
ードN2がローレベルからハイレベルに変つたときは、
トランジスタQ4は遮断状態にならなければならない。
As a result, when the node N2 becomes negative or equal to the substrate bias voltage VBB, for example as shown at timing T1 in FIG. 3, the transistor Q5 enters the cut-off state. At this time, if signals A and 3 are controlled so that node N4 goes from low level to high level, the signal at node N4 is applied to node N3 via coupling capacitor C2, and node N3 rises from the substrate bias voltage VBB. (
VOO-VBB) voltage (or (VOO-VthQ6
-VBB) voltage; however, VthQ6 is the transistor Q6
threshold voltage). This results in transistor Q
4 is conductive, so the substrate bias voltage VBB is at node N
2, and no electron injection occurs. next,
When the signal from the oscillator 1 changes the node N1 from low level to high level, and therefore the node N2 changes from low level to high level via the coupling capacitor C1,
Transistor Q4 must be turned off.

何故ならば、基板バイアス電圧VBBもハイレベルにな
つてしまうからである。そこでソートN2がローレベル
からハイレベルに変る前に、信号VA,VBを制御して
ノードN4をハイレベルからローレベルに変化させる。
これによつてノードN3は基板バイアス電圧VBB程度
の電圧となる。この状態でノードN2がローレベルから
ハイレベルになると、トランジスタQ5は導通する。ト
ランジスタQ5の導通によつてノードN3の電圧は基板
バイアス電圧VB3に等しくなり、これによつてトラン
ジスタQ4は遮断される。以上説明したように、本発明
の基板バイアス発生回路によれば、ダイオードD1にお
ける電圧降下を最小限に維持することができ、従つて前
述のごとき拡散層n層から基板p層への電子注入を防止
することができる。
This is because the substrate bias voltage VBB also becomes high level. Therefore, before sort N2 changes from low level to high level, signals VA and VB are controlled to change node N4 from high level to low level.
As a result, the voltage at the node N3 becomes approximately the same as the substrate bias voltage VBB. In this state, when the node N2 changes from low level to high level, transistor Q5 becomes conductive. The conduction of transistor Q5 causes the voltage at node N3 to become equal to substrate bias voltage VB3, thereby blocking transistor Q4. As explained above, according to the substrate bias generation circuit of the present invention, the voltage drop in the diode D1 can be kept to a minimum, and therefore electron injection from the n-layer diffusion layer to the p-layer of the substrate as described above can be prevented. It can be prevented.

これによつて周辺回路やメモリセルに蓄積された情報へ
の悪影響を防止して、安定なICの動作を確保すること
ができ、優れた効果が得られるものである。
As a result, it is possible to prevent adverse effects on information stored in peripheral circuits and memory cells, and to ensure stable operation of the IC, resulting in excellent effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の基板バイアス発生回路の構成を示す回路
図、第2図は本発明の基板バイアス発生回路の一実施例
の構成を示す回路図、第3図は各部の動作波形を示すタ
イムチヤートである。 1 ・・・・・・発振器、Q,,Q。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional substrate bias generation circuit, FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of an embodiment of the substrate bias generation circuit of the present invention, and FIG. 3 is a timing diagram showing the operating waveforms of each part. It's a chat. 1...Oscillator, Q,,Q.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 発振器の信号によつて駆動されコンデンサを介して
第1のノードに出力を供給する第1の回路、外部信号に
よつて駆動されて前記第1の回路の出力と逆相の出力を
コンデンサを介して第2のノードに供給する第2の回路
、前記第1のノードと接地間に接続され前記第1の回路
の出力がハイレベルのとき導通して第1のノードの電位
を接地電位にクランプする第1のトランジスタ、カソー
ドを前記第1のノードに接続され前記第1の回路の出力
がローレベルのとき導通して負電圧を出力するダイオー
ド、該ダイオードと並列に接続され前記第2のノードの
電位がハイレベルのとき導通しローレベルのとき遮断す
る第2のトランジスタ、前記第2のノードと前記ダイオ
ードの出力端の間に接続され前記第1のノードの電位が
ハイレベルのとき導通しローレベルのとき遮断する第3
のトランジスタとを具えたことを特徴とする基板バイア
ス発生回路。
1. A first circuit driven by an oscillator signal and supplying an output to a first node via a capacitor, and a first circuit driven by an external signal to supply an output in opposite phase to the output of the first circuit through a capacitor. a second circuit that supplies power to the second node via the first node, and is connected between the first node and the ground, and conducts when the output of the first circuit is at a high level, bringing the potential of the first node to the ground potential; a first transistor to be clamped; a diode whose cathode is connected to the first node and which conducts when the output of the first circuit is at a low level to output a negative voltage; a second transistor which is connected in parallel with the diode; a second transistor that is conductive when the potential of the node is high level and cut off when the potential is low level; the second transistor is connected between the second node and the output terminal of the diode and is conductive when the potential of the first node is high level; The third switch that shuts off when the level is low.
A substrate bias generation circuit characterized by comprising a transistor.
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JP2645142B2 (en) * 1989-06-19 1997-08-25 株式会社東芝 Dynamic random access memory
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