專利名稱：升壓脈沖產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路，更詳細地說，涉及一種利用連接成二極管的MOS晶體管的閾值電壓來設(shè)計升壓脈沖產(chǎn)生電路的半導(dǎo)體集成電路。
近來，在諸如筆記本型個人計算機、蜂窩電話、個人手持電話等便攜設(shè)備的廣泛和迅速的普及的背景下，對低功耗型的半導(dǎo)體集成電路的需求日益增加。作為一種最常用的得到低功耗的方法是使半導(dǎo)體集成電路在低壓電源下工作。但用低壓電源來驅(qū)動半導(dǎo)體集成電路時會產(chǎn)生下述缺點由MOS晶體管的閾值電壓引起的電壓降對電源電位的比值較大，故利用由MOS晶體管的閾值電壓引起的電壓降來進行電位調(diào)節(jié)是困難的，這一點嚴重地影響電路的設(shè)計。
圖7是例如在日本實用型專利出版物61-166627中描述的一種通常的升壓脈沖產(chǎn)生電路的電路圖。
在圖7中，將參考電位結(jié)點1連接到接地電位Vss，將參考電位結(jié)點3連接到電源電位Vcc。輸出結(jié)點8是一個用于產(chǎn)生升壓脈沖OUT的端子，輸入結(jié)點14是一個用于接受圖8(a)中示出的從高電平變化到低電平的輸入信號的端子。在電源電位結(jié)點3和接地電位結(jié)點1之間連接一個包括P溝MOS晶體管17和N溝MOS晶體管18的反相電路2。將該反相器2的輸入端13連接到輸入結(jié)點14，將反相器2的輸出端4通過一個電容器6連接到一個結(jié)點7。在電源電位結(jié)點3和該結(jié)點7之間連接一個二極管，在結(jié)點7和接地電位結(jié)點1之間連接另一個包括P溝MOS晶體管19和N溝MOS晶體管20的反相電路16。將該反相器16的輸入端連接到輸入結(jié)點14，將該反相器16的輸出端連接到輸出結(jié)點8。
以下參照圖8的定時圖來描述通常的升壓脈沖產(chǎn)生電路工作的情況。當輸入信號IN是高電平時，P MOS晶體管被17關(guān)斷和N MOS晶體管18被接通，反相器2的輸出是低電平。同樣，由于P MOS晶體管19被關(guān)斷和N MOS晶體管20被接通，將反相器16的輸出保持在低電平。此時，從電源電位Vcc通過二極管5和晶體管18對電容器6充電，因而結(jié)點4的電壓電位是零，結(jié)點7的電壓電位V7是以下等式中示出的電壓。V7＝Vcc-Vf＝Vcc-0.7其次，當輸入信號IN從高電平變到低電平時，晶體管17被接通，晶體管18被關(guān)斷，結(jié)點4的電壓升到Vcc。其結(jié)果是結(jié)點7的電壓電位V7如下述等式那樣升高。
V7＝Vcc-Vf+Vcc＝2Vcc-Vf同時，由于輸入信號IN的變化，晶體管被19接通，晶體管20被關(guān)斷，故結(jié)點7的電壓轉(zhuǎn)移到輸出端8。因此，結(jié)點8的電壓電位用下述等式來表示。
V8＝V7＝2Vcc-Vf一般而言，把完成這樣一種操作的電路稱為升壓脈沖產(chǎn)生電路。但是，當使用諸如1.5至2.0V的低壓電源時，由于MOS晶體管的閾值電壓1Vth1通常是0.7V左右，故MOS晶體管的電壓降占據(jù)電源電壓中一個很大的百分比，這就導(dǎo)致了低效率。
因而，在如以上所描述的通常的升壓脈沖產(chǎn)生電路中，存在MOS晶體管的閾值電壓1Vth1對于電源電壓Vcc所占的百分比較大的問題，這個問題在使用低壓電源進行工作時尤其嚴重，因此升壓脈沖產(chǎn)生電路的性能很差。
本發(fā)明是為了解決上面討論的問題而進行的，本發(fā)明的一個目的是提供一種關(guān)于具有良好性能的升壓脈沖產(chǎn)生電路。電源電壓、特別是用在低壓電源工作中。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能迅速地產(chǎn)生預(yù)定電位的升壓脈沖產(chǎn)生電路。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種能增加由其驅(qū)動的電路中的工作容限的升壓脈沖產(chǎn)生電路。
按照本發(fā)明的總的方面，一升壓脈沖產(chǎn)生電路包括一個連接在第一電位結(jié)點和第二電位結(jié)點之間的、接受一個輸入信號的第一反相電路；通過一個連接成二極管的MOS晶體管連接在該第一電位結(jié)點和第二電位結(jié)點之間的并連接到一個輸入端和一個輸出端的第二反相電路；一個連接在第一反相電路的一個輸出端和該二極管與第二反相電路的一個連接結(jié)點之間的電容器；其特征在于將所述MOS晶體管的一個背柵極連接到其柵極上。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的DRAM的一個框圖。
圖2是示出按照本發(fā)明的、MOS晶體管的閾值電壓關(guān)于背柵極和源極間的電壓的特性的一個圖。
圖3是示出按照本發(fā)明的一個實施例的一種升壓脈沖產(chǎn)生電路的一個電路圖。
圖4是示出按照本發(fā)明的VBB產(chǎn)生電路的工作的一個定時圖。
圖5是示出按照本發(fā)明的升壓脈沖產(chǎn)生電路的一個修正例的一個電路圖。
圖6是示出按照本發(fā)明的升壓脈沖產(chǎn)生電路的工作的一個定時圖。
圖7是示出按照現(xiàn)有技術(shù)的一種升壓脈沖產(chǎn)生電路的一個電路圖。
圖8是示出按照現(xiàn)有技術(shù)的升壓脈沖產(chǎn)生電路的一個定時圖。
圖1示出應(yīng)用本發(fā)明的DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)的框圖，其中包括一個內(nèi)電位產(chǎn)生電路組200；一個POR(電源接通復(fù)位)電路210和一個存儲器單元陣列101，該陣列由排列成多行和多列的多個存儲器單元組成。/RAS(行地址選通脈沖)緩沖器110接受一個從外部施加的外部/RAS信號并輸出/RAS信號至一個地址緩沖器130；/CAS(列地址選通脈沖)緩沖器120接受一個從外部施加的外部/CAS信號并輸出/CAS信號至該地址緩沖器130。該地址緩沖器130接受一個外部地址信號ext Ai(i＝0，1，2，…)和該/RAS信號，鎖住外部地址信號extAi，并對內(nèi)部電路輸出行地址信號RAi和/RAi。再者，該地址緩沖器130接受外部地址信號ext Ai(i＝0，1，2，…)和該/CAS信號，鎖住外部地址信號ext Ai，并對內(nèi)部電路輸出列地址信號CAi和/CAi。
行譯碼器140從該地址緩沖器130接受行地址信號RAi和/RAi并選擇相應(yīng)的字線；列譯碼器150從該地址緩沖器130接受CAi和/CAi信號并選擇相應(yīng)的讀出放大器和I/O電路170，其中將從一條位線上讀出的一個存儲器單元101的電位進行放大和將從該位線上讀出的該存儲器單元101的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)移。數(shù)字160表示一個用于對被行譯碼器140選出的該字線的電位進行升壓的字驅(qū)動器；數(shù)字180表示一個接受從外部施加的一個寫啟動信號ext/WE和一個輸出啟動信號ext/OE并輸出一個用于控制內(nèi)部電路的讀和寫的信號WO的寫和讀控制電路；以及190表示一個I/O緩沖器，該緩沖器從寫和讀控制電路180接受信號WO，在寫的情況下通過一條數(shù)據(jù)線將從外部施加的數(shù)據(jù)ext Din轉(zhuǎn)移到讀出放大器和I/O電路170，在讀出的情況下通過該讀出放大器、I/O電路170和該數(shù)據(jù)線將從存儲器單元讀出的數(shù)據(jù)輸出到I/O引出腳作為數(shù)據(jù)ext Dout。
圖3是示出本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的升壓脈沖產(chǎn)生電路194的簡圖，圖4是示出其工作的定時圖。在圖3中，該升壓脈沖產(chǎn)生電路與圖7中示出的通常的升壓脈沖產(chǎn)生電路在下述方面有區(qū)別將二極管替換為一個連接成二極管的MOS晶體管15，在MOS晶體管中，背柵極連接到柵極上。該MOS晶體管可以是N溝MOS晶體管或是P溝MOS晶體管。
以下參照圖2描述將背柵極連接到柵極的MOS晶體管的閾值電壓。圖2是簡要地示出MOS晶體管的閾值電壓關(guān)于該MOS晶體管的背柵極和源極之間的電位差的變動關(guān)系的圖，電位差用下面的表達式(1)來示出。
Vth＝V0+K〔(2φF+VBS)1/2-(2φF)1/2〕(1)其中VBS表示背柵極電壓(基于源極電壓)，K表示體效應(yīng)常數(shù)，φF表示表面電位，V0表示VBS＝0V時的閾值電壓。
在圖2的圖中，(d)表示MOS晶體管的背柵極與柵極之間的電位差VBS等于該MOS晶體管的閾值電壓Vth的一個點。如從圖2中可明顯看出的那樣，作為VBS＝Vth的結(jié)果，可將其閾值電壓從通常的VBS＝-1.5V的情況下的0.7V減少到0.25V，該值比VBS＝0的情況下的MOS晶體管的閾值電壓0.35V小0.1V，這是因為VBS變成等于Vth。可通過在MOS晶體管中連接背柵極和柵極來得到VBS＝Vth。在以下的描述中，為了區(qū)別起見，|Vtho|表示在連接背柵極和柵極時的MOS晶體管閾值電壓的絕對值，而|Vth|表示VBS0＝-1.5V的通常的閾值電壓。
現(xiàn)在參照圖4的定時圖來描述圖3中示出的升壓脈沖產(chǎn)生電路的工作情況。在圖4中，(a)表示在輸入信號IN的電位中的變動，(b)表示在結(jié)點7的電位中的變動，(c)表示在圖3中示出的升壓脈沖產(chǎn)生電路的輸出結(jié)點8的升壓輸出OUT中的變動。
首先，當輸入信號IN從VSS電平上升到Vcc電平時，反相電路2和1b的工作情況與通常的升壓脈沖產(chǎn)生電路中的反相電路的工作情況相同，但由于閾值電壓值中的差別，結(jié)點7和輸出結(jié)點8的電壓電位分別與通常的升壓脈沖產(chǎn)生電路中的相應(yīng)的電壓電位不同，這就是說，導(dǎo)致產(chǎn)生具有大的電壓幅度的升壓脈沖。
圖5示出圖1中指出的輸入/輸出緩沖器190的詳細的電路圖，其中引入一個升壓脈沖產(chǎn)生電路。圖6是示出該電路的工作情況的定時圖。在圖5中，該輸入/輸出緩沖器190由一個輸出緩沖器196和一個輸入緩沖器197組成，該輸出緩沖器196根據(jù)從存儲器單元陣列101的一個存儲器單元讀出的讀出數(shù)據(jù)將輸出數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)輸入/輸出結(jié)點N4，然后輸入到輸入結(jié)點190C，輸入緩沖器197根據(jù)輸入到數(shù)據(jù)輸入/輸出結(jié)點N4的輸入數(shù)據(jù)將要寫入存儲器單元陣列101的存儲器單元的寫入數(shù)據(jù)傳送到結(jié)點190C。
該輸出緩沖器196包括一個連接在電源電位結(jié)點190a和數(shù)據(jù)輸入/輸出結(jié)點N4之間的N溝MOS晶體管195n1和另一個連接在數(shù)據(jù)輸入/輸出結(jié)點N4和接地電位結(jié)點190b之間的N溝MOS晶體管195n2。該輸出緩沖器196還包括數(shù)據(jù)輸出控制電路191、192和一個升壓脈沖產(chǎn)生電路194。在該數(shù)據(jù)輸出控制電路191中，根據(jù)從存儲器單元陣列中的存儲器單元讀出的讀出數(shù)據(jù)和來自寫/讀控制電路180的一個寫/讀控制信號WO，當寫/讀控制信號WO是在示出讀的H電平上時，如讀出數(shù)據(jù)是1，即二進制電平的H電平，則N溝MOS晶體管195n2變成非導(dǎo)電狀態(tài)，而如讀出數(shù)據(jù)是在二進制電平的剩下的L電平上，則N溝MOS晶體管195n2變成導(dǎo)電狀態(tài)。另一方面，當寫/讀控制信號WO是在示出寫的L電平上時，不管讀出數(shù)據(jù)如何，N溝MOS晶體管195n2處于非導(dǎo)電狀態(tài)。所提到的數(shù)據(jù)輸出電路191包括一個邏輯電路191a。
在該數(shù)據(jù)輸出控制電路192中，響應(yīng)從存儲器陣列中的存儲器單元讀出的讀出數(shù)據(jù)和來自寫/讀控制電路180的寫/讀控制信號WO，當該寫/讀控制信號WO是在示出讀的H電平上時，將數(shù)據(jù)輸出控制信號輸出到一個結(jié)點N1這樣如果該讀出數(shù)據(jù)是在二進制電平的L電平上的話該N溝MOS晶體管195n2處于非導(dǎo)電狀態(tài)，同時數(shù)據(jù)輸出控制信號輸出到該結(jié)點N1這樣如果該讀出數(shù)據(jù)是在二進制電平的剩下的H電平上的話該N溝MOS晶體管195n2處于導(dǎo)電狀態(tài)。另一方面，當該寫/讀控制信號WO是在示出寫的L電平上時，將數(shù)據(jù)輸出控制信號輸出到結(jié)點N1使得不管讀出數(shù)據(jù)如何，該N溝道MOS晶體管195n2處于非導(dǎo)電狀態(tài)。所提到的數(shù)據(jù)輸出電路192包括一個用于根據(jù)寫/讀控制信號WO和讀出數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)輸出控制信號輸出到結(jié)點N1的邏輯電路192a。
再者，升壓信號產(chǎn)生電路194接受來自數(shù)據(jù)輸出控制電路192的數(shù)據(jù)輸出控制信號，其中當數(shù)據(jù)輸出控制信號命令N溝道MOS晶體管195n1處于導(dǎo)電態(tài)時，N溝MOS晶體管195n1的柵電位被升到高于加到電源電位結(jié)點190a上的電源電位Vcc，N溝MOS晶體管195n1連接到該電源電位結(jié)點190a上，因此N溝MOS晶體管195n1處于導(dǎo)電狀態(tài)；當數(shù)據(jù)輸出控制信號命令N溝MOS晶體管195n1處于非導(dǎo)電狀態(tài)時，將N溝MOS晶體管195n1的柵電位降低到接地電位VSS，因此N溝MOS晶體管195n1處于非導(dǎo)電狀態(tài)。
升壓信號產(chǎn)生電路194包括一個反相電路192b；一個N溝MOS晶體管194n2；一個升壓電容器194c；一個P溝MOS晶體管194p1和一個N溝MOS晶體管194n1。所述的反相電路192b由一個用于對從數(shù)據(jù)輸出控制電路192輸出的數(shù)據(jù)輸出控制信號進行反相的反相器192ba和一個延遲電路192bb組成。所述的N溝MOS晶體管194n2在電源電位結(jié)點190a和升壓結(jié)點194q之間連接成二極管，使其從電源電位結(jié)點190a至升壓結(jié)點194q配置成正向，并且其中將柵極連接到背柵極。在所述的升壓電容器194c中，將一個電極連接到升壓結(jié)點194q，當從數(shù)據(jù)輸出控制電路192輸出的數(shù)據(jù)輸出控制信號命令N溝MOS晶體管195n1處于導(dǎo)電狀態(tài)時，一個從反相電路192b輸出到結(jié)點N2的數(shù)據(jù)輸出控制信號的反相和延遲信號由于電容耦合使升壓結(jié)點194q的電位升壓。將所述的P溝MOS晶體管194p1連接在該升壓結(jié)點194q和N溝MOS晶體管195n1的柵極之間，當從數(shù)據(jù)輸出控制電路192輸出到結(jié)點N1的數(shù)據(jù)輸出控制信號命令N溝MOS晶體管195n1處于導(dǎo)電狀態(tài)時，該P溝MOS晶體管194p1處于開路狀態(tài)，而當從數(shù)據(jù)輸出控制電路192輸出到結(jié)點N1的數(shù)據(jù)輸出控制信號命令N溝MOS晶體管195n1處于非導(dǎo)電狀態(tài)時，該P溝MOS晶體管194p1處于非導(dǎo)電狀態(tài)。將所述的N溝MOS晶體管194n1連接在N溝MOS晶體管195n1的柵極和接地電位結(jié)點190b之間，當從數(shù)據(jù)輸出控制電路192輸出到結(jié)點N1的數(shù)據(jù)輸出控制信號命令N溝MOS晶體管195n1處于導(dǎo)電狀態(tài)時，該N溝MOS晶體管194n1處于閉路狀態(tài)，而當從數(shù)據(jù)輸出控制電路192輸出到結(jié)點N1的數(shù)據(jù)輸出控制信號命令N溝MOS晶體管195n1處于非導(dǎo)電狀態(tài)時，該N溝MOS晶體管194n1處于導(dǎo)電狀態(tài)。
以下參照圖6的定時圖描述圖5中示出的升壓脈沖產(chǎn)生電路的工作情況。在圖6中，(a)示出當出現(xiàn)在輸入結(jié)點190c中的讀出數(shù)據(jù)是處于H電平時電位N190c的變動；(b)示出寫/讀控制信號WO的電位變動；(c)示出數(shù)據(jù)輸出電路192的輸出結(jié)點N1中的電位變動；(d)示出升壓脈沖產(chǎn)生電路194的輸出結(jié)點N3中的電位變動；(e)示出升壓結(jié)點194q中的電位N194q的變動；以及(f)示出數(shù)據(jù)輸入/輸出結(jié)點N4中的電位變動。
該升壓脈沖產(chǎn)生電路正好在來自結(jié)點N4的讀出數(shù)據(jù)是處在二進制電平的一個N電平時顯示出一個優(yōu)點。當從存儲器單元陣列101的存儲器單元讀出的讀出數(shù)據(jù)是處在如圖6(a)中示出的二進制電平的一個H電平以及來自寫/讀控制電路180的寫/讀控制信號WO是處在如圖6中示出的顯示讀的H電平時，來自數(shù)據(jù)輸出控制電路192的結(jié)點N1的電位從H電平降到L電平。其結(jié)果是N溝MOS晶體管195n1的柵極的結(jié)點N3的電位此刻上升到結(jié)點194q的電位電平，即，升到Vcc-|Vtho|。
因此，N溝MOS晶體管195n1處于導(dǎo)電狀態(tài)，而且如圖6(f)所示，因為結(jié)點N3的電位電平是Vcc-|Vtho|，故結(jié)點N4的電平正從一種高阻抗狀態(tài)升到H電平的電位電平被限制在Vcc-|Vtho|-|Vth|。其后，當結(jié)點N1中的電位變動被反相電路192b反相并被延遲和傳送到結(jié)點N3時，如圖6(e)中所示由于電容器194c的電容耦合，將結(jié)點194q的電位從預(yù)充電電位Vcc-|Vtho|進一步升壓。然后將該升壓電位通過圖6(d)中示出的P溝MOS晶體管194p1傳送到結(jié)點N3，并且隨著結(jié)點N3上的電位的上升，輸出結(jié)點N4的電位如圖6(f)中所示上升到Vcc。如果不設(shè)置升壓脈沖產(chǎn)生電路194的話，則如圖6(f)中的虛線所示，該電位上升被限制于Vcc-|Vtho|-|Vth|。
在上述配置的升壓脈沖產(chǎn)生電路中，可對于電源電位進行有效的升壓。使用一個連接成二極管以便從電源電位結(jié)點190a至第一連接結(jié)點194q配置成正向的、其中將背柵極連接到柵極的P溝MOS晶體管來代替所述的升壓脈沖產(chǎn)生電路中的N溝MOS晶體管194n2也是較為理想的。
已對本發(fā)明就某些實施例進行了描述。對本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說將會想到在本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)的各種修正和附加。因此，本發(fā)明的范圍只由下述的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種升壓脈沖產(chǎn)生電路，包括一個接受輸入信號的輸入端；一個連接在第一電位結(jié)點和第二電位結(jié)點之間的、接受所述輸入信號的第一反相電路；一個通過一個連接成二極管的MOS晶體管連接在所述第一電位結(jié)點和所述第二電位結(jié)點之間的、并連接到所述輸入端和一個輸出端的第二反相電路；一個連接在所述第一反相電路的一個輸出端和所述二極管與第二反相電路的一個連接結(jié)點之間的電容器；其特征在于將所述MOS晶體管的一個背柵極連接到其柵極上。
2.權(quán)利要求1中所述的升壓脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于所述MOS晶體管是P溝MOS晶體管。
3.權(quán)利要求1中所述的升壓脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于所述MOS晶體管是N溝MOS晶體管。
全文摘要
一種升壓脈沖產(chǎn)生電路包括一個連接在第一電位結(jié)點和第二電位結(jié)點之間的、接受輸入信號的第一反相電路；一個通過一個連接成二極管的MOS晶體管連接在該第一電位結(jié)點和該第二電位結(jié)點之間的、連接到一個輸入端和一個輸出端的第二反相電路；一個連接在該第一反相電路的一個輸出端和該二極管與第二反相電路的一個連接結(jié)點之間的電容器；其特征在于將所述MOS晶體管的一個背柵極連接到其柵極上。
文檔編號G05F1/10GK1158516SQ9611975
公開日1997年9月3日 申請日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月11日
發(fā)明者飛田洋一 申請人:三菱電機株式會社