專利名稱：自刷新片載電壓發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DRAM)之類的半導(dǎo)體芯片的備用供電系統(tǒng)，具體地說，涉及用于降低片載電壓發(fā)生器在非有效模式(non-active mode)期間的功率的片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)和方法。
通常，所有的片載電壓發(fā)生器必須保持有效，甚至在備用或休眠模式期間，以便使一些電壓電平在這些模式期間保持在能保證一定操作的電平上。此外，在芯片重新開始正常操作時(shí)，所有的電壓電平必須立刻為正常操作準(zhǔn)備就緒。為此，片載電壓發(fā)生器設(shè)計(jì)成具有有效和備用兩種電壓發(fā)生器，有效電壓發(fā)生器在有效模式期間使用，而備用電壓發(fā)生器在開機(jī)后保持恒接通，以防止由于任何機(jī)理的電荷漏泄引起的電壓降落。在半導(dǎo)體芯片內(nèi)，實(shí)現(xiàn)備用電壓發(fā)生器有許多缺點(diǎn)。例如1)備用電壓發(fā)生器需要占用額外的芯片面積；2)備用電壓發(fā)生器消耗DC功率，例如一個(gè)體反向偏壓(Vbb)備用泵要消耗15μA；以及3)在有效模式期間，備用電壓發(fā)生器既弱又慢，因此并不很有用或有效。
在美國專利No.5,337,284中揭示了一種用來降低功率消耗的典型系統(tǒng)，這個(gè)專利的目的是在一個(gè)集成電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)生一些在低功率應(yīng)用中使用的高電壓的系統(tǒng)。具體地說，美國專利No.5,337,284的目的是實(shí)現(xiàn)一種包括一個(gè)備用泵和幾個(gè)有效泵的電壓泵(充電泵)。在備用工作模式期間，只留用備用泵，以便節(jié)省功率。美國專利No.5,337,284的一個(gè)顯著特征是實(shí)現(xiàn)一個(gè)不需要自激振蕩器的自計(jì)時(shí)時(shí)鐘電路。
另一些現(xiàn)有技術(shù)的片載功率降低系統(tǒng)包括美國專利No.5,189,316、美國專利No.5,856,951和美國專利No.5,315,557。
美國專利No.5,189,316針對(duì)的是一種降壓產(chǎn)生系統(tǒng)，這種系統(tǒng)包括將一個(gè)外部供電電壓電平(例如為Vext)逐步降低到一個(gè)低于這個(gè)供電電壓電平的內(nèi)部電平(例如為Vint)的裝置。在美國專利No.5,189,316中，在備用期間，Vint發(fā)生器關(guān)斷，而Vint供電線連接到Vext上，以節(jié)省功率。這種方法的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是備用時(shí)柵氧化層將受到較大的應(yīng)力，可能導(dǎo)致這種電路需要一些厚氧化物器件，從而將使電路性能下降。另一個(gè)缺點(diǎn)是在備用期間由于使用較高的電壓供電還會(huì)有較高的閾值和結(jié)漏泄。
美國專利No.5,856,951針對(duì)的是一種在備用模式期間產(chǎn)生一個(gè)降低了的Vint和提高了的電源電壓Vss(通常是在地電位)的系統(tǒng)，以降低備用功率和漏泄。這種結(jié)構(gòu)需要額外的硬件來產(chǎn)生這樣的額外供電電平。然而，由于面積額外增大，因此也許并不能保證在節(jié)約功率上有所獲益。
美國專利No.5,315,557揭示了與一種機(jī)構(gòu)結(jié)合產(chǎn)生刷新時(shí)鐘脈沖的系統(tǒng)，在刷新操作期間只禁用基片偏壓Vbb發(fā)生器，以節(jié)省功率。Vbb功率產(chǎn)生電路消耗的電流只在微安的范圍內(nèi)，因此對(duì)于節(jié)約功率來說并不明顯。
Ho-Jun Song的“降低DRAM備用電流的自停工時(shí)間檢測器”(“ASelf-Off-Time Detector for Reducing Standby Current of DRAM”，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.32，No.10，October1997，PP1535-1542)揭示了一種用來降低DRAM電路內(nèi)各種電壓發(fā)生器的備用電流的定時(shí)電路。在這個(gè)參考文獻(xiàn)中，用了一個(gè)嵌入的時(shí)間檢測器電路來估計(jì)“停工時(shí)間(off-time)”間隔，即在第一操作周期內(nèi)所監(jiān)測的在第一電平的供電電壓到達(dá)預(yù)先確定的第二電平所經(jīng)過的時(shí)間。這個(gè)嵌入的時(shí)間檢測器于是在這個(gè)停工時(shí)間間隔終端和在備用期各后繼停工時(shí)間間隔終端啟動(dòng)采樣和將監(jiān)測的供電電壓重新充到原來的第一電平，然而，這個(gè)嵌入的時(shí)間檢測器電路是一個(gè)復(fù)雜電路，代價(jià)也大，即需要花費(fèi)較大的芯片面積和功率消耗，因?yàn)樵诘谝恢芷诘臋z測操作期間本身也消耗功率。
因此，非常希望能有一種片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)和方法，可以在非有效模式期間降低所有片載電壓發(fā)生器的功率，同時(shí)在半導(dǎo)體芯片載以最小功耗維持穩(wěn)定的電壓電平。由于DRAM存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)具有不斷增進(jìn)的對(duì)在降低的功率電平下進(jìn)行操作的要求，因此還非常希望能有一種片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)可以以降低的功率消耗刷新DRAM儲(chǔ)存器的各個(gè)儲(chǔ)存單元。
本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)，可以控制在集成電路內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)部供電電壓電平，而且可以在非有效模式期間降低各片載電壓發(fā)生器的功率，以最小功耗在半導(dǎo)體芯片載備用穩(wěn)定的電壓電平。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，可以以降低的功率消耗電平刷新DRAM儲(chǔ)存器單元。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，可以利用現(xiàn)有的片載自刷新時(shí)鐘發(fā)生器執(zhí)行周期性的喚醒任務(wù)。
按照本發(fā)明的第一種情況，提供了一種控制在集成電路內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)部供電電壓電平的系統(tǒng)和方法，這種系統(tǒng)包括一個(gè)提供一個(gè)供內(nèi)部片載使用的電壓源、響應(yīng)一個(gè)低功率允許信號(hào)將系統(tǒng)設(shè)置成一個(gè)低功率模式的電壓供電發(fā)生器；以及一個(gè)限制裝置，所述限制裝置在低功率模式期間間歇地對(duì)內(nèi)部電壓供電電平采樣，確定內(nèi)部電壓供電電平是否下降到低于一個(gè)預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平，以及在內(nèi)部電壓供電電平下降到低于預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)激活電壓供電發(fā)生器以增大內(nèi)部電壓供電電平，而在電壓供電電平恢復(fù)到所述預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)停止電壓供電發(fā)生器工作，從而在系統(tǒng)低功率工作期間維持內(nèi)部產(chǎn)生的電壓電平。
更可取的是，間歇采樣周期可以按照內(nèi)部芯片狀態(tài)、芯片溫度以及芯片大小適當(dāng)設(shè)計(jì)。
有益的是，本發(fā)明的片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)可以在任何半導(dǎo)體芯片(例如DRAM存儲(chǔ)電路)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，不需要備用電壓發(fā)生器以及有關(guān)的備用電路，因此減小了功率消耗和芯片面積。此外，這種電壓控制系統(tǒng)可以用于各個(gè)能設(shè)置成一個(gè)節(jié)約功率的低功率或“休眠(sleep)”模式的用于刷新操作的有效電壓發(fā)生器。
結(jié)合以下說明、所附權(quán)利要求書和附圖可以更好地理解本發(fā)明的設(shè)備和方法的其它特征、情況和優(yōu)點(diǎn)。在這些附圖中

圖1為例示按照本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)的片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)10的方框圖。
圖2為按照本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)的DC電壓發(fā)生器的方框圖；圖3例示了按照本發(fā)明產(chǎn)生的休眠允許(SLEN)和采樣時(shí)鐘(SAMPLE)信號(hào)的定時(shí)關(guān)系；圖4為按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的采樣方案的操作流程圖；圖5為例示按照本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)的典型采樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路的詳細(xì)原理圖；圖6為例示按照本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)的DC電壓發(fā)生器的典型限制電路的詳細(xì)原理圖；圖7(a)-7(g)示出了涉及配置在DC產(chǎn)生電路內(nèi)的限制控制電路的各個(gè)信號(hào)之間的定時(shí)關(guān)系；圖8為例示在芯片休眠模式期間差分放大器輸入信號(hào)Vout、Vref和供提升電壓發(fā)生器用的差分放大器輸出電壓信號(hào)之間的關(guān)系的典型定時(shí)圖；以及圖9例示了為了減小多個(gè)片載電壓發(fā)生器的功率所用的片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)500。
本發(fā)明是一種在休眠工作方式期間周期性地喚醒有效電壓發(fā)生器檢查電壓供電電平的電路體系結(jié)構(gòu)和方法。如果供給電平小于預(yù)定目標(biāo)電平，發(fā)生器的諸如充電泵和調(diào)壓器(限制器)之類的器件將被激活，使電平恢復(fù)和再返回到休眠模式。
這種措施的優(yōu)點(diǎn)是省去了備用電壓發(fā)生器，降低了備用硬件消耗的功率，從而減小了電路面積。當(dāng)然，現(xiàn)有的片載自刷新時(shí)鐘發(fā)生器可以用來產(chǎn)生執(zhí)行喚醒任務(wù)所用的信號(hào)。
圖1為按照本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)的片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)10的方框圖。如圖1所示，自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)10包括三個(gè)主要部分1)溫度調(diào)整電路20；2)直流電壓發(fā)生器30；以及，3)產(chǎn)生確定刷新采樣率和持續(xù)時(shí)間的采樣時(shí)鐘(SAMPLE)信號(hào)15的采樣發(fā)生器(定時(shí)電路)40。采樣信號(hào)15送至DC電壓發(fā)生器30，控制對(duì)有效DC電壓發(fā)生器在休眠模式時(shí)的供電電壓的采樣，如將要說明的那樣。DC電壓發(fā)生器的輸出(Vout)是一個(gè)電壓信號(hào)99。
圖3為按照本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)的典型采樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路40的詳細(xì)原理圖。在圖3所示這個(gè)典型實(shí)施例中，采樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路40包括產(chǎn)生低頻脈沖輸出信號(hào)180的低頻振蕩(基準(zhǔn)時(shí)鐘產(chǎn)生)電路50，計(jì)數(shù)電路60，以及脈沖發(fā)生器70，它們協(xié)同產(chǎn)生采樣時(shí)鐘信號(hào)15。
圖5為典型基準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生器電路50的詳細(xì)原理圖，它包括形成RC定時(shí)器的電阻器R120和電容器C130，以及差分放大器，即比較器150。在工作中，在節(jié)點(diǎn)135的電容器節(jié)點(diǎn)電壓Vin通過示為PMOS晶體管器件110的開關(guān)經(jīng)電阻器120充到一定的電壓電平Vref。 Vref電壓電平由設(shè)計(jì)選擇，為了說明起見可以設(shè)為1.0伏。起初，比較器150的輸出是低電平。然而，當(dāng)電容器上充到電平Vref時(shí)，比較器150的輸出成為高電平，然后通過延遲鏈160和反饋通路170的作用，使電容器電壓Vin通過一個(gè)示為nMOS器件140的開關(guān)器件完全放電。于是，電容器再充電，開始一個(gè)新的循環(huán)。通常，要求有一定的采樣輸出脈沖寬度，這由延遲反相器鏈160(最好有奇數(shù)個(gè)反相器)控制。在所示這個(gè)典型實(shí)施例中，基準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生器的輸出是一個(gè)低頻輸出信號(hào)180，例如脈沖寬度大約12ns，脈沖周期為980ns。
再來看圖2，計(jì)數(shù)電路60是在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的電路，可以用來將脈沖周期擴(kuò)大任何整數(shù)倍。例如，在計(jì)數(shù)器后的脈沖周期可以是N*980ns，對(duì)于一個(gè)8位計(jì)數(shù)器來說，其中N＝4，8，...，128。最后，有一個(gè)脈沖發(fā)生器將計(jì)數(shù)器輸出的脈沖變換成寬度大約為3.0ns，如圖7(b)所示。熟悉這種技術(shù)的技術(shù)人員可以用其他方式產(chǎn)生采樣刷新時(shí)鐘。
也就是說，如圖7(b)所示，采樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路40產(chǎn)生一個(gè)采樣時(shí)鐘(SAMPLE)信號(hào)15，例如為一系列寬度大約3.0ns、周期大約4.0μsec的窄脈沖。當(dāng)然，可以按所需采樣電路的類型，例如DRAM存儲(chǔ)器陣列的大小、所用技術(shù)的泄漏、溫度等，改變脈沖的周期和寬度。例如，再來看圖1，溫度調(diào)整電路20可以根據(jù)半導(dǎo)體芯片的溫度調(diào)整采樣間隔。
圖7(a)進(jìn)一步例示了片載產(chǎn)生的休眠允許(sleep_enable，SLEN)信號(hào)12和所產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘(sample_clock，SAMPLE)的定時(shí)關(guān)系。
現(xiàn)在再來看圖2，其中示出了按照本發(fā)明原理設(shè)計(jì)的DC電壓發(fā)生器30的詳細(xì)方框圖。如圖2所示，DC發(fā)生器包括限制電路200、振蕩器300和充電泵400。如熟悉這技術(shù)的技術(shù)人員所知，振蕩器300和充電泵400聯(lián)合工作，提高電壓電平。在本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，限制器200、電壓振蕩器300和充電泵400監(jiān)測在休眠模式時(shí)采樣時(shí)鐘脈沖周期期間在半導(dǎo)體芯片內(nèi)提供的每個(gè)有效電壓產(chǎn)生電路輸出的電壓電平，這個(gè)電壓電平在圖1中示為Vout信號(hào)99。
圖4為休眠模式期間片載電壓刷新采樣方案80的流程圖。在第一步驟82，產(chǎn)生采樣脈沖，啟動(dòng)執(zhí)行步驟84，監(jiān)測休眠模式期間DC電壓產(chǎn)生電路30(圖1)的Vout。在步驟86，將監(jiān)測電壓Vout與一個(gè)取決于具體DC電壓發(fā)生器的Vref電壓相比較。如果Vout大于Vref電壓，DC電壓發(fā)生器就回到休眠模式(步驟87)，直到定時(shí)電路40(圖1)產(chǎn)生下一個(gè)采樣時(shí)鐘脈沖(步驟88)。然而，如果在步驟86確定Vout小于Vref電壓，就在步驟89激活發(fā)生器的振蕩器和充電泵電路，提高這個(gè)電壓，直到Vout大于Vref，此時(shí)發(fā)生器就返回到休眠模式。
圖6為典型的休眠模式自刷新電壓產(chǎn)生電路30的詳細(xì)原理圖，這個(gè)電路包括限制器200、振蕩器300和充電泵400，這些電路按照?qǐng)D4所示流程圖進(jìn)行工作。如圖6所示，起初在正常工作(有效模式)期間，有效允許(active enable)信號(hào)12′為高電平，限制器200旁路掉刷新控制信號(hào)。因此，發(fā)生器的限制器將一直導(dǎo)通，使差分放大器299連續(xù)監(jiān)測Vout信號(hào)99對(duì)電壓基準(zhǔn)信號(hào)Vref的情況。也就是說，由于有效允許信號(hào)12′為高電平，NOR門280和OR門290導(dǎo)通，從而通過相應(yīng)的晶體管282、284和292、294，連續(xù)維持限制器的包括Vout電壓監(jiān)控和電壓充電操作的工作情況。如圖6所示，通過晶體管282，Vout經(jīng)串聯(lián)的電阻器R1、R2和R3分壓，節(jié)點(diǎn)287(在電阻器R1和R2之間)的Vout電壓加到差分放大器299的一個(gè)輸入端上。節(jié)點(diǎn)287的電壓與預(yù)先確定的Vref電壓相比較。如圖6進(jìn)一步示出的那樣，在正常工作中，休眠允許SLEN12和采樣時(shí)鐘信號(hào)15保持在低電平，因此通過晶體管210和220迫使節(jié)點(diǎn)222的電壓保持在高電平(例如，邏輯1)。這個(gè)電壓由包括反相器260、270的鎖存電路鎖定，在節(jié)點(diǎn)225輸出一個(gè)低電平電壓(例如，邏輯0)。容易理解，節(jié)點(diǎn)225的邏輯0阻止晶體管285導(dǎo)通，因此防止了電阻器R2被晶體管285的漏-源連接旁路。這意味著在有效模式(正常工作)期間由于R2的存在將Vout保持在一個(gè)稍低于在休眠模式期間的電壓上。也就是說，有意將Vout在休眠模式期間提高ΔV(在100mv-200mv的范圍內(nèi))。在采樣后，這個(gè)電壓電平必須經(jīng)得住漏泄，雖然它是浮動(dòng)的。圖8示出了Vout電壓和與Vref比較的加在節(jié)點(diǎn)287上的分壓監(jiān)測Vout電壓之間的關(guān)系。如圖8所示，在節(jié)點(diǎn)287的監(jiān)測Vout電壓減小到Vref以下時(shí)，差分放大器的輸出信號(hào)19接通振蕩器300，啟動(dòng)充電泵，使Vout電壓升高。
如圖7(a)所示，芯片由于休眠允許信號(hào)SLEN12有效(高電平)而進(jìn)入休眠模式。由于有效模式與休眠模式是互斥的，因此有效允許信號(hào)12(低電平)無效，如圖7(e)所示。從圖7(b)和結(jié)合定時(shí)電路40所作的說明可見，此時(shí)就產(chǎn)生采樣時(shí)鐘信號(hào)15，輸入給電路。在采樣時(shí)鐘信號(hào)15為低電平期間，加到由反相器260和270形成的內(nèi)部鎖存器的輸入是浮動(dòng)的，因此邏輯“0”送至OR門280和NOR門290。所以，由于有效允許處在邏輯低電平，限制器截止，即OR門290和晶體管292、294以及NOR門和晶體管282、284截止，因此禁止差分放大器的監(jiān)測Vout的操作。每當(dāng)采樣時(shí)鐘脈沖(圖7(b))到達(dá)時(shí)，pFET晶體管210、220和nFET晶體管230、240改變狀態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)邏輯“0”給由反相器260和270形成的內(nèi)部鎖存器鎖定。圖7(c)例示了在圖6中的節(jié)點(diǎn)222處的電壓波形。因此內(nèi)部鎖存器的輸出包括一個(gè)加在節(jié)點(diǎn)225上的相反極性的信號(hào)電壓，這個(gè)電壓的波形如圖7(d)所示。再回到圖6，在節(jié)點(diǎn)225加有脈沖電壓期間，OR門290從而晶體管292、294導(dǎo)通，如圖7(f)示出的節(jié)點(diǎn)291的電壓波形所示。
此外，NOR門和晶體管282、284也因此導(dǎo)通，如圖7(g)示出的節(jié)點(diǎn)281的電壓波形所示。OR和NOR門元件一導(dǎo)通，差分放大器299就可以在采樣時(shí)鐘脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行Vout電壓監(jiān)控。因此，容易理解，在休眠模式期間限制器只是由刷新時(shí)鐘脈沖激活。在激活時(shí)，節(jié)點(diǎn)287的Vout電壓就相對(duì)基準(zhǔn)電壓Vref予以檢驗(yàn)。如果節(jié)點(diǎn)287的電壓Vout仍然高于預(yù)定電壓Vref，限制器控制信號(hào)19將是低電平，阻止振蕩器和充電泵工作，而內(nèi)部鎖存器復(fù)位到“1”就通過晶體管250(它是導(dǎo)通的)關(guān)掉了限制器本身。然而，如果節(jié)點(diǎn)287的電壓Vout低于預(yù)定電平Vref，限制器控制就成為高電平，從而使振蕩器/充電泵開始工作，將電壓電平Vout提升到高于基準(zhǔn)電平。圖8示出了在芯片處在休眠模式期間信號(hào)Vout、節(jié)點(diǎn)287的電壓、Vref和可使提升電壓發(fā)生器工作的差分輸出電壓信號(hào)19的例示定時(shí)圖。按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，限制電路操作的一個(gè)附加特征是，在采樣周期期間，在由反相器260和270形成的內(nèi)部鎖存器鎖定邏輯“0”時(shí)，電阻器R2被這時(shí)導(dǎo)通的晶體管285旁路而短接。因此，由于R2被旁路，Vout監(jiān)測電壓稍微升高，從而使Vout在休眠模式期間提升了ΔV，如圖8所示。
圖9例示了為了減小多個(gè)片載電壓發(fā)生器的備用功率所用的片載自刷新電壓產(chǎn)生系統(tǒng)500。例如，如圖9所示，有一個(gè)總控制單元510，它包括一個(gè)CPU或微控制器或者一個(gè)存儲(chǔ)器控制器，用來產(chǎn)生SLEN信號(hào)12和有效允許信號(hào)12′，輸入給各個(gè)電壓發(fā)生器，其中包括升壓字線限制器/充電泵Vpp200、400，提升電壓位線高電平限制器/充電泵Vblh201、401，內(nèi)部電壓限制器/充電泵Vint202、402，以及字線低電平限制器/充電泵Vwll203、403。此外，還配置有一個(gè)與圖1中的定時(shí)電路40相應(yīng)的時(shí)鐘產(chǎn)生電路520。時(shí)鐘產(chǎn)生電路520接收SLEN信號(hào)12，為片載電壓字線限制器/充電泵、位線高電平限制器/充電泵、內(nèi)部電壓限制器/充電泵和字線低電平限制器/充電泵產(chǎn)生各自的采樣時(shí)鐘輸入信號(hào)。當(dāng)然，不需要對(duì)芯片反向偏壓(Vbb)采樣，因?yàn)檫@不會(huì)節(jié)省多少功率。其他可以采樣的電壓包括位線均衡電壓、帶隙基準(zhǔn)電壓等。還可以理解，在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中可以將時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的單個(gè)采樣時(shí)鐘加到各個(gè)有效電壓發(fā)生器的控制器(限制器)上，使得它們?cè)谛菝吣Ｊ狡陂g接收到SLEN脈沖時(shí)可以激活，以在這里說明的方式執(zhí)行相應(yīng)的電壓輸出監(jiān)測。此外，每個(gè)發(fā)生器的刷新周期(圖7(b)的采樣時(shí)鐘信號(hào)周期)可以根據(jù)電壓電平維持時(shí)間預(yù)先確定。也就是說，每個(gè)泵可以有它自己的刷新周期。
雖然本發(fā)明是以DRAM芯片設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明的，但是可以理解在這里說明的系統(tǒng)和方法也可以用于其他電壓調(diào)整系統(tǒng)，甚至是軟件控制的應(yīng)用。例如，這種電路可以用來提供不同的備用模式，特別是對(duì)于嵌入式應(yīng)用。在這樣的應(yīng)用中，例如，可以為微處理器(或CPU)芯片在一個(gè)低功率模式(例如小休模式)期間制定一個(gè)第一備用模式。此時(shí)，CPU部分激活。可以為CPU芯片在另一個(gè)低功率模式(例如休眠模式)期間制定一個(gè)第二備用模式，此時(shí)芯片完全停止有效。在第一備用模式期間，植入的硬件(存儲(chǔ)器，控制器，等)將提供響應(yīng)時(shí)間較短的電壓電平，消耗適度的備用功率，以滿足小休模式的操作。在第二備用模式期間，植入的硬件(存儲(chǔ)器，控制器，等)只是將電壓保持在響應(yīng)時(shí)間較長備用功率消耗最小的目標(biāo)電平上。因此，第一備用模式可以使用一組消耗功率比有效電壓發(fā)生器小、但是在小休期間必須不斷激活的備用功率發(fā)生器來備用。而在第二備用模式，電壓電平可以使用在這里說明的電壓控制系統(tǒng)和采樣技術(shù)來備用，關(guān)掉有效和備用電壓發(fā)生器以節(jié)省功率。
雖然以上結(jié)合說明性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了具體說明，但是熟悉該技術(shù)的人員可以理解，其中在形式和細(xì)節(jié)上都可以按本發(fā)明的精神進(jìn)行以上及其他各種改變，所有這些都應(yīng)在所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成電路的電壓控制系統(tǒng)，包括一個(gè)提供一個(gè)供內(nèi)部片載使用的電壓源的電壓供電發(fā)生器，所述電壓供電發(fā)生器對(duì)一個(gè)將所述系統(tǒng)設(shè)置在一個(gè)小功率模式的小功率允許信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)；以及一個(gè)在所述小功率模式期間間歇地對(duì)所述內(nèi)部電壓供電電平采樣和確定所述內(nèi)部電壓供電電平是否下降到低于一個(gè)預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平的限制裝置，在所述內(nèi)部電壓供電電平下降到低于所述預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)，所述限制裝置激活所述電壓供電發(fā)生器，增大所述內(nèi)部電壓供電電平，而在所述電壓供電電平恢復(fù)到所述預(yù)先確定電壓基準(zhǔn)電平時(shí)，停止所述電壓供電發(fā)生器工作，從而使內(nèi)部產(chǎn)生的電壓電平在系統(tǒng)小功率模式操作期間得到維持。
2.如在權(quán)利要求1中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述限制裝置包括由一個(gè)采樣輸入觸發(fā)的比較器，用來將所述內(nèi)部電壓供電電平與所述預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平相比較。
3.如在權(quán)利要求1中所述的電壓控制系統(tǒng)，還包括產(chǎn)生一個(gè)控制所述采樣裝置的間歇定時(shí)信號(hào)的定時(shí)電路。
4.如在權(quán)利要求1中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述小功率工作模式包括一個(gè)休眠模式，所述小功率允許信號(hào)包括一個(gè)將所述系統(tǒng)設(shè)置在所述休眠模式的休眠允許信號(hào)。
5.如在權(quán)利要求3中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述定時(shí)電路響應(yīng)所述小功率允許信號(hào)，只在所述小功率模式期間產(chǎn)生所述間歇定時(shí)信號(hào)。
6.如在權(quán)利要求1中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述間歇定時(shí)信號(hào)是周期性的。
7.如在權(quán)利要求1中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述間歇定時(shí)信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)脈沖，所述定時(shí)電路還包括根據(jù)集成電路工作條件改變所述一個(gè)或多個(gè)脈沖的脈沖寬度和周期的裝置。
8.如在權(quán)利要求2中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述電壓供電發(fā)生器包括提升所述內(nèi)部電壓供電電平的充電泵，所述充電泵對(duì)所述比較器的輸出進(jìn)行響應(yīng)。
9.如在權(quán)利要求2中所述的電壓控制系統(tǒng)，還包括一個(gè)用來在采樣間隔期間有意增大所采樣的電壓供電電平的裝置。
10.如在權(quán)利要求9中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述電壓供電發(fā)生器的輸出通過一個(gè)電阻分壓電路采樣，所述有意增大輸出電壓的裝置包括降低所述電阻分壓電路在所述比較器的采樣輸入端的電阻的裝置。
11.如在權(quán)利要求1中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述電壓供電發(fā)生器保持去活，直到再由一個(gè)間歇采樣信號(hào)激活。
12.如在權(quán)利要求1中所述的電壓控制系統(tǒng)，其中所述電壓供電發(fā)生器保持去活，直到由于接收到一個(gè)有效允許信號(hào)再激活。
13.一種控制在一個(gè)集成電路內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)部供給的電壓電平的方法，所述方法包括下列步驟a)在一個(gè)低功率工作模式期間間歇地對(duì)所述內(nèi)部電壓供電電平采樣；b)將所述內(nèi)部電壓供電電平與一個(gè)預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平相比較；以及c)在所述內(nèi)部電壓供電電平下降到低于所述預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)激活一個(gè)電壓供電發(fā)生器，增大所述內(nèi)部電壓供電電平，以及在所述電壓供電電平恢復(fù)到所述預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)時(shí)停止所述電壓供電發(fā)生器工作，從而使內(nèi)部產(chǎn)生的電壓電平在系統(tǒng)小功率模式工作期間得到備用。
14.如在權(quán)利要求13中所述的方法，其中所述步驟a)包括產(chǎn)生一個(gè)控制一個(gè)采樣裝置的間歇定時(shí)信號(hào)的步驟。
15.如14中所述的方法，其中所述間歇定時(shí)信號(hào)是周期性的。
16.如在14中所述的方法，其中所述間歇定時(shí)信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)脈沖，所述定時(shí)電路還包括根據(jù)集成電路工作條件改變所述一個(gè)或多個(gè)脈沖的脈沖寬度和周期的裝置。
17.如在權(quán)利要求14中所述的方法，其中所述采樣步驟a)還包括在采樣間隔期間增大所采樣的電壓供電電平的步驟。
18.如在權(quán)利要求17中所述的方法，其中所述電壓供電發(fā)生器的輸出通過一個(gè)電阻分壓器電路采樣，而所述增大所采樣的電壓供電電平的步驟包括在所述采樣區(qū)間期間有意旁路所述電阻分壓器內(nèi)的一個(gè)電阻器。
19.如在權(quán)利要求13中所述的方法，所述方法還包括對(duì)所述電壓供電發(fā)生器去活，直到由一個(gè)間歇采樣信號(hào)再激活。
20.如在權(quán)利要求13中所述的方法，所述方法還包括對(duì)所述電壓供電發(fā)生器去活，直到接收到一個(gè)有效允許信號(hào)再激活。
21.一種用于具有一個(gè)或多個(gè)各為內(nèi)部半導(dǎo)體芯片工作提供相應(yīng)電壓的電壓供給發(fā)生器半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)與每個(gè)所述電壓發(fā)生器配合的限制裝置，所述限制裝置響應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的定時(shí)信號(hào)，在一個(gè)小功率工作模式期間間歇地對(duì)相應(yīng)的電壓供電電平采樣，確定所采樣的電壓供電電平是否下降到低于一個(gè)相應(yīng)的預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平，在任何所述內(nèi)部電壓供電電平下降到低于相應(yīng)的預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)，所述限制裝置激活一個(gè)相應(yīng)的所述電壓供電發(fā)生器，增大所述內(nèi)部電壓供電電平，而在電壓供電電平恢復(fù)到它相應(yīng)的預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)，停止所述相應(yīng)的電壓供電發(fā)生器工作，從而使內(nèi)部產(chǎn)生的電壓電平在所述系統(tǒng)小功率工作期間得到維持。
22.如在權(quán)利要求21中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓發(fā)生器，其中所述半導(dǎo)體芯片包括DRAM、閃速存儲(chǔ)器、微處理器、SRAM和邏輯電路其中之一。
23.如在權(quán)利要求22中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，還包括產(chǎn)生供相應(yīng)限制器采樣用的間歇定時(shí)信號(hào)的片載時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。
24.如在權(quán)利要求23中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述片載時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)供控制芯片內(nèi)部工作用的周期性的刷新信號(hào)。
25.如在權(quán)利要求24中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述相應(yīng)限制器采樣用的間歇定時(shí)信號(hào)各包括所述周期性的刷新信號(hào)。
26.如在權(quán)利要求23中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述間歇定時(shí)信號(hào)是周期性的。
27.如在權(quán)利要求24中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述片載時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器還包括根據(jù)半導(dǎo)體芯片器件的工作條件改變所述一個(gè)或多個(gè)脈沖的脈沖寬度和周期的裝置。
28.如在權(quán)利要求23中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，其中每一所產(chǎn)生的限制器的間歇定時(shí)信號(hào)按照它所采樣的電壓供電發(fā)生器的電壓產(chǎn)生。
29.如在權(quán)利要求28中所述的半導(dǎo)體芯片的自刷新片載電壓產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述限制器各包括為了在系統(tǒng)低功率模式工作期間維持泄放電流在采樣間隔期間有意增大相應(yīng)所采樣的電壓供電電平的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種維持在一個(gè)半導(dǎo)體芯片內(nèi)部產(chǎn)生的電壓電平的電壓控制系統(tǒng)和方法。該方法包括下列步驟:在低功率或“休眠”工作模式期間間歇地對(duì)一個(gè)內(nèi)部電壓供電電平采樣;將內(nèi)部電壓供電電平與一個(gè)預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平相比較;以及在內(nèi)部電壓供電電平下降到低于預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)激活一個(gè)電壓供電發(fā)生器,增大內(nèi)部電壓供電電平。電壓供電發(fā)生器隨后在電壓供電電平恢復(fù)到預(yù)先確定的電壓基準(zhǔn)電平時(shí)停止工作。
文檔編號(hào)G11C11/403GK1335626SQ0112181
公開日2002年2月13日 申請(qǐng)日期2001年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者許履塵, 汪禮康 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司