专利名称：低电能消耗的内部电源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在半导体器件中产生一个规定水平电压的电路，尤其涉及到一种通过降低外部电源电压产生一个内部电源电压的内部电源电路的结构，并专门涉及到一个低电能消耗的内部电源电路。
在一个半导体集成电路中，在某些情况下要求一个电压源提供一个不依赖于外部电源电压的规定电压水平的电压。这种情况中的一种如下，为了实现较高密度和较高等级的集成度，要使半导体元部件小型化。小型化的半导体元件的击穿电压降低，因此，必须将包括作为其部件的这些小型化的半导体元件的半导体集成电路的电源电压(工作电源电压)降低。然而，在一些情况下，降低外部电源电压实际上是不可能的。例如，在具有大存储容量的DRAM(动态随机存取存储器)中，由于元件的击穿电压、工作速度以及电能消耗，使电源电压(工作电源电压)降低了。然而，作为外部装置的一个微处理器和逻辑LSI(大规模集成电路)，与动态随机存取存储器比较，它的部件不太小型化，因此用于这些装置的电源电压不能做得如动态随机存取存储器的电源电压那样低。所以，当一个系统是用动态随机存取存储器、微处理器和类似的装置构成时，将微处理器和逻辑LSI(大规模集成电路)所需要的较高电压水平的电源电压用作为系统电源。
当系统电源，即外部电源电压相对高时，在要求较低的工作电源电压的微处理器，诸如动态随机存取存储器和类似的半导体器件中，设有一种用于通过在内部将外部电源电压降低来产生一个内部电源电压的电路(内部电压降低变换器)。
图20示意地示出一个半导体器件的整个结构，该结构例如包括这样一个内部电压降低变换器的动态随机存取存储器。参考图20，一个半导体器件900包括一个用于传送施加到电源端子901的外部电源电压EXV的外部电源线路902；一个用于传送施加到一个电源端子(以下简称接地端子)903的一个电源电压(以下简称接地电压)VSS的电源线路(以下简称接地线路)904；和内部电压降低变换器905，它利用外部电源线路902和接地线路904上的两个电压EXV和VSS作为工作电源电压进行工作，降低(向下变换)外部电源电压EXV，以产生一个内部电源电压VCI。该内部电压降低变换器905的结构将在后面说明。内部电压降低变换器905具有借助在规定范围内的外部电源电压EXV产生内部电源电压VCI的功能，该内部电源电压VCI稳定且不受外部电源电压脉动影响。
半导体器件900进一步包括一个使用内部电源的电路907，该电路利用在内部电源线路906和接地线路904上的电压VCI和VSS作为两个工作电源电压工作，以及一个使用外部电源的电路908，它利用在外部电源线路902上的外部电源电压EXV和接地线路904上的接地电压VSS作为两个工作电源电压工作。电路908使用外部电源，与一个输入/输出端子909连接，并具有向接口提供一个外部装置的功能。由于规定的电压水平的内部电源电压VCI是通过使用半导体器件900中的内部电压降低变换器905产生的，则可以确保包括在使用内部电源的电路907中的各元件的击穿电压特性。由于信号幅值小可以改善工作速度并可以降低电能消耗。
图21示意地示出一个图20中所示的内部电压降低变换器905的结构。参考图21，内部电压降低变换器905包括一个基准电压发生电路910，用于从施加到外部电源端子901的外部电源电压EXV产生一个规定电压水平的基准电压Vref；一个比较电路912，用于对内部电源线路906上的内部电源电压VCI与基准电压Vref进行比较；以及一个由一个P沟道金属氧化物半导体晶体管(绝缘栅极型场效应管)914组成的驱动元件914，用于根据来自比较电路912的输出信号，将电流从外部电源端子901供给内部电源线路906。比较电路912在它的正输入处接受内部电源906上的内部电源电压VCI，而在它的负输入处接受基准电压Vref。一般说，比较电路912由一个差动放大电路构成，且它对内部电源电压VCI与基准电压Vref进行不同的放大。对其工作将简单地进行说明。
如果电压EXV下降到一个预定的电压范围内，则从基准电压发生电路910产生一个与外部电源电压EXV无关的规定电压水平的基准电压Vref。如果内部电源线路906上的内部电源电压VCI高于基准电压Vref，则来自比较电路912的输出达到一个高水平，且驱动元件914关断。在这种情况下，就不从外部电源端子901将电流供给内部电源线路906。同时，如果内部电源电压VCI低于基准电压Vref，来自比较电路912的输出信号根据内部电源电压VCI和基准电压Vref之间的差值达到一个低水平，驱动元件914的导电性提高(导通)，驱动元件914将来自外部电源端子901的电流供给内部电源线路906，以使内部电源电压线路906的电压水平升高。借助由比较电路912、驱动元件914和内部电源线路906构成的反馈回路，内部电源电压VCI保持在基准电压Vref的电压水平。
图22示出图21中所示的一个比较电路912的具体结构的举例。参考图22，比较电路912包括n沟道金属氧化物半导体晶体管NT1和NT2，构成一个用于对内部电源电压VCI和基准电压Vref进行比较的差分级，以及p沟道金属氧化物半导体晶体管PT3和PT4，构成一个用于将电流供给晶体管NT1和NT2的电流镜电路。金属氧化物半导体晶体管PT3将电流从外部电源线路902供给金属氧化物半导体晶体管NT1。金属氧化物半导体晶体管PT4将电流从外部电源线路902供给金属氧化物半导体晶体管NT2。金属氧化物半导体晶体管NT1和NT2具有通过一个电流源CT5与接地线路904连接的源极。金属氧化物半导体晶体管PT3具有彼此连接的栅极和漏极，并提供一个电流镜电路的主级。当金属氧化物半导体晶体管PT3和PT4的大小相同时，流过金属氧化物半导体晶体管PT4的电流与流过金属氧化物半导体晶体管PT3的电流量值相同。
将简单说明其工作。当内部电源电压VCI比基准电压Vref高时，金属氧化物半导体晶体管NT1的导电性变成高于金属氧化物半导体晶体管NT2的导电性，且流过金属氧化物半导体晶体管NT1的电流大于流过金属氧化物半导体晶体管NT2的电流。来自金属氧化物半导体晶体管PT3的电流供给金属氧化物半导体晶体管NT1。金属氧化物半导体晶体管PT4提供一个流过金属氧化物半导体晶体管PT3电流的镜电流给金属氧化物半导体晶体管NT2。金属氧化物半导体晶体管NT2可以不使由金属氧化物半导体晶体管PT4供给的电流全部放电，所以结点920处的电位升高，图21中所示的驱动元件914的导电性下降，并降低或停止电流从外部电源端子901供给内部电源线路906。
同时，如果内部电源电压VCI低于基准电压Vref，流过金属氧化物半导体晶体管NT2的电流因此变成大于流过金属氧化物半导体晶体管NT1的电流。由于金属氧化物半导体晶体管PT3供给流过金属氧化物半导体晶体管NT1的电流，因此流过金属氧化物半导体晶体管PT4的电流变得较小，且来自金属氧化物半导体晶体管PT4的电流通过金属氧化物半导体晶体管NT2和电流源CT5，全部对接地线路904放电。所以，结点902处的电位降低，驱动元件914的导电性升高，来自外部电源端子901的电流供给到内部电源线路906。
当比较电路912是由以上叙述的电流镜型差分放大器构成时，一个恒定电流流过外部电源线路902和接地线路904之间的恒定电流源CT5。通过在备用周期时切断恒定电流源CT5，可以降低比较电路912中的电流消耗。然而，在运行周期中，该半导体器件实际上是工作的，一个恒定电流连续地从外部电源线路902流到接地线路904，且由于电流镜型差分放大器是一个要求大电流流动通过(为了快速改变结点920处的电位)的电流驱动电路，该恒定电流源CT5必须提供相当大的电流。这就造成比较大的电流消耗。
以上叙述的问题出现在通过用一个电流镜型差分放大电流驱动一个驱动元件，产生一个规定电压水平的内部电压的电路中。
本发明的一个目的是提供一个以低电能消耗产生规定电压水平内部电压的内部电源电路。
本发明的另一个目的是提供一个低电能消耗的内部电压降压电路。
根据第一方面的一个内部电源电路包括一个第一导电型第一金属氧化物半导体晶体管，它的栅极处接受一个第一基准电压；至少一个耦连在第一金属氧化物半导体晶体管和第一内部结点之间的第二导电型第二金属氧化物半导体晶体管，每个都以二极管方式工作；一个连接在电源结点和内部电压输出结点之间的输出金属氧化物半导体晶体管，以及一个内部基准电压发生器，用于从第一内部结点的电压，产生一个第二基准电压，且用于将产生的基准电压施加到输出金属氧化物半导体晶体管的栅极上。该内部基准电压发生器包括一个用于消除第一、第二和输出金属氧化物半导体晶体管的阈电压对内部电压输出结点处输出电压值的影响的电路。
根据第二方面的一个内部电源电路包括一个第一p沟道金属氧化物半导体晶体管，它的栅极处接受一个第一基准电压；一个连接在电源结点和内部电压输出结点之间的n沟道输出金属氧化物半导体晶体管；以及一个内部基准电压发生器，它从第一金属氧化物半导体晶体管的电压，产生一个第二基准电压，且将产生的基准电压施加到输出金属氧化物半导体晶体管的栅极上。该内部基准电压发生器包括至少一个连接在第一金属氧化物半导体晶体管和第一内部结点之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管，每个都以二极管方式工作，和一个用于消除第一、第二和输出金属氧化物半导体晶体管的阈电压对内部电压输出结点处输出的电压值影响的电路。
根据第三方面的一个内部电源电路包括一个p沟道金属氧化物半导体晶体管，它的栅极处接受第一基准电压，且以源极跟随器方式工作去产生一个高于第一基准电压的第二基准电压；一个n沟道输出金属氧化物半导体晶体管，在它的栅极接受第一金属氧化物半导体晶体管的源极电位，并工作在源极跟随器方式，在此方式中，电流从电源结点供给内部电压输出。该第一金属氧化物半导体晶体管的源极被耦连，承受一个电压，该电压高于通过电阻元件施加到电源结点上的电压。
根据第四方面的一个内部电源电路包括一个n沟道第一金属氧化物半导体晶体管，它的栅极处接受一个第一基准电压，在源极跟随器方式下传送第一基准电压，以产生一个比第一基准电压低的基准电压；一个连接在电源结点和内部电压输出结点之间的n沟道第一输出金属氧化物半导体晶体管，且它工作在源极跟随器方式；以及第一内部基准电压发生器，用于从第一金属氧化物半导体晶体管传送的电压，产生一个比第一基准电压高的第二基准电压，且将产生的基准电压施加到第一输出金属氧化物半导体晶体管的栅极上。该内部基准电压发生器包括一个用于消除第一金属氧化物半导体晶体管和第一输出金属氧化物半导体晶体管的阈电压对内部电压输出结点上的内部电压值影响的电路。
根据本发明的第一方面，内部基准电压发生器从来自工作在源极跟随器方式的第一金属氧化物半导体晶体管输出的电压，产生第二基准电压，并将产生的电压施加到该输出金属氧化物半导体晶体管的栅极上。输出金属氧化物半导体晶体管，按照它的栅极电位与内部电压输出结点上电压之间的差值，将电流从电源结点供给内部电压输出结点。因此，输出金属氧化物半导体晶体管本身将该基准电压与内部电压进行比较，并根据比较结果将电流供给内部电压输出结点。所以，与先有技术不同，不需要使用电流镜型差分放大器作为比较电路。该内部基准电压发生器简单地从第一基准电压产生第二基准电压并将第二基准电压施加到输出金属氧化物半导体晶体管的栅极上，从而可以降低电流消耗。再有，由于消除了金属氧化物半导体晶体管的阈电压对内部电压的电压水平的影响，所以即使在因为制造参数的变化引起金属氧化物半导体晶体管的工作特性偏差时，也可以不受这些变化的任何影响，稳定地产生一个要求的电压水平的内部电压。
根据本发明的第二方面，从由工作在源极跟随器方式的p沟道第一金属氧化物半导体晶体的电压输出产生第二基准电压，且该第二基准电压被施加到n沟道输出金属氧化物半导体晶体的栅极上。在源极跟随器方式的第一金属氧化物半导体晶体很容易传送施加到它的栅极上的第一基准电压，以产生一个要求的电压，因此电流消耗小。输出金属氧化物半导体晶体管在它的栅极上接受第二基准电压，并工作在源极跟随器方式。即，n沟道输出金属氧化物半导体晶体管工作在源极跟随器方式，产生一个比施加到电源结点上的电压低的内部电压，且将产生的内部电压传送到内部电压输出结点。该输出金属氧化物半导体晶体管本身对第二基准电压和内部电压进行比较，进行比较根本不消耗的电流，因此实现低电流消耗。内部基准电压发生器从由第一金属氧化物半导体晶体管产生的电压很容易产生第二基准电压，所需要的只是驱动输出金属氧化物半导体晶体管的栅极电位。所以只需要一个小的电流驱动能力，且可以用低电流消耗产生第二基准电压。再有，即使在金属氧化物半导体晶体管主特性因为制造参数的变化发生偏离时，由于用内部基准电压发生器消除了第一金属氧化物半导体晶体管和输出金属氧化物半导体晶体管的阈电压对内部电压的电压水平的影响，所以可以不受这些变化的任何影响，稳定地产生一个要求电压水平的内部电压。
根据本发明的第三方面，第一金属氧化物半导体晶体管工作在源极跟随器方式，从第一基准电压产生比第一基准电压高的第二基准电压，因此，由于工作在源极跟随方式，产生第二基准电压不需要大的电流，从而可以用低电流消耗产生第二基准电压。根据第二基准电压，输出金属氧化物半导体晶体管工作在源极跟随方式，并将电流从电源结点供给内部电压输出结点，所以，输出到内部电压输出结点的电压仅比第二基准电压降低了输出金属氧化物半导体晶体管的阈电压。情况只是工作在源极跟随方式的输出金属氧化物半导体晶体管产生一个要求电压水平的内部电压，且不需要任何用于对内部电压与基准电压进行比较的比较电路，从而可以降低电流消耗。第一金属氧化物半导体晶体管通过一个电阻元件，接收一个比电源结点处的电压高的电压，因此，即使在第一基准电压与施加到电源结点的电压之间的差值小时，仍可以稳定地产生第二基准电压并将其施加到输出金属氧化物半导体晶体管上。所以，即使在施加到电源结点上的电压低的工作环境中，仍可以稳定地产生一个要求电压水平的内部电压。
根据本发明的第四方面，第一金属氧化物半导体晶体管在源极跟随器方式传送第一基准电压，在第一金属氧化物半导体晶体管中不需要消耗大的电流，且第一金属氧化物半导体晶体管可以用一个小电流产生一个要求电压水平。输出金属氧化物半导体晶体管工作在源极跟随器方式，并根据来自内部基准电压发生器的第二基准电压，将电流从电源结点提供给内部电压输出结点，且在内部电压输出结点处，稳定地输出一个由输出金属氧化物半导体晶体管的阈电压和第二基准电压值确定的电压。由于输出金属氧化物半导体晶体管本身完成了比较，，就不需要一个用于对内部电压和基准电压进行比较的比较电路，因此降低了电流消耗。再有，由于内部基准电压发生器适用于消除第一金属氧化物半导体晶体管和第一输出金属氧化物半导体晶体管的阈电压对内部电压的影响，该内部电压的电压水平仅由第一基准电压确定，因此可以稳定地产生一个要求电压水平的内部电压，而不受因制造参数变化引起的金属氧化物半导体晶体管的阈电压偏离的任何影响。
在对各附图理解同时，从以下对本发明的详细说明中，本发明的上述内容和其它目的、特点、有关方面及各优点将变得更为明显。
图1示出本发明第一实施例的内部电源电路的结构。
图2A至2C为图1所示的金属氧化物半导体晶体管的平面布置。
图3A和3B示出了图1所示的内部电源电路的工作特性。
图4示出本发明第一实施例的第一种改进结构。
图5示出本发明第一实施例的第二种改进结构。
图6表示图5中产生高电压的高电压发生电路结构的一个例子。
图7表示本发明第二实施例的内部电源电路的结构。
图8表示本发明第三实施例的内部电源电路的结构。
图9表示本发明第三实施例之改进主要部分的结构。
图10表示图9结构的一个特定的例子。
图11表示本发明第四实施例的内部电源电路的结构。
图12表示本发明第五实施例的内部电源电路的结构。
图13表示本发明第六实施例的内部电源电路的结构。
图14表示本发明第七实施例的内部电源电路的结构。
图15表示本发明第八实施例的内部电源电路的结构。
图16表示本发明第九实施例的内部电源电路的结构。
图17表示本发明第十实施例的内部电源电路的结构。
图18表示本发明第十一实施例的内部电源电路的结构。
图19表示本发明第十二实施例的内部电源电路的结构。
图20示意地表示出一种传统半导体器件的内部结构。
图21表示出一种传统内部电源电压发生电路的结构。
图22表示图21所示的比较器结构的一个例子。
本发明最适用于一种内部电源电压发生电路(内部降压电路(向下变换器))，用于从一个外部电源电压产生一个内部电源电压。但是，它也可用于一种从施加到一个电源结点(内部供电结点)的电压产生内部电压的电路，在下边叙述中，用参考符号“VCC”表示施加到电源结点上的电压。
图1示出本发明第一实施例的内部电源电路的结构。参考图1，内部电源电路包括一个连接在内部结点3和接地结点之间并在它的栅极处接收一个基准电压(第一基准电压)V基准的p沟道金属氧化物半导体晶体管(第一金属氧化物半导体晶体管)Q1；一个连接在电源结点1和内部结点3之间的高阻值电阻元件R1；一个连接在电源结点1和内部电压输出结点4之间并在它的栅极处接受内部结点3上的电压的n沟道金属氧化物半导体晶体管(输出金属氧化物半导体晶体管)Q2；以及一个连接在内部电压输出结点4和接地结点之间的电容C。
电阻元件R1与金属氧化物半导体晶体管Q1的导电电阻(沟道电阻)相比，其电阻值足够大。在允许占据的面积范围内，电阻元件R1的电阻值应该最好尽可能大(例如，10兆欧，在此状况下，如果电源电压VCC是5伏，流过电阻元件R1的电流应是0.5微安，从而可以实现非常低的消耗)。金属氧化物半导体晶体管Q1仅通过电阻元件R1供给小的电流，该晶体管Q1在饱和区工作，因此栅极-源极电压就等于阈电压VTP的绝对值。换句话说，该金属氧化物半导体晶体管Q1工作在源极跟随器方式。在以下叙述中，“源极跟随器方式工作”意味着这样一种状态，在此状态中“金属氧化物半导体晶体管的栅极电位和源极电位之间之差值等于该金属氧化物半导体晶体管的阈电压绝对值”。
因此，结点3处的电压V3可以近似地以下式(1)表示。
V3＝Vref+|VTP|…(1)金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极电位比漏极电位(电源结点1处的电压VCC)低，且工作在源极跟随器方式的饱和区。所以金属氧化物半导体晶体管Q2的源极电压，即内部电压输出结点(以下简称输出结点)4的内部电压VINT可用下式(2)表示。
VINT＝V3-VTN＝Vref+|VTP|-VTN…(2)式中VTN表示金属氧化物半导体晶体管Q2的阈电压。
在等式(2)中，右侧的三项V基准、|VTP|、VTN均为与电源电压VCC无关的恒定值。因此，来自输出结点4的内部电压VINT的输出是一个与电源电压VCC无关的恒定电压。等式(2)的最右侧的第二和第三项之值近似相同，从而其温度系数也就近似相同，因此差值|VTP|-VTN接近零。这里，通常金属氧化物半导体晶体管具有这样一种温度相关性阈电压的绝对值随着温度升高而减小。如果，从基准电压发生电路(未示出)施加的基准电压V基准不具有温度相关性，内部电压VINT的温度相关性也就近似为零，从而在输出结点4处维持恒定电压水平而与工作温度无关。
正如通常所知，电源电路所要求的最重要的特性是当流过负载电流IL时输出电压的脉动特性。下面将说明当负载电流IL流到输出结点4时的特性。
当我们用VINT表示负载电流IL流过输出结点4的输出电压时，按照漏极电流的平方特性，该负载电流IL可以以下式(3)表示。
IL＝(β/2)(VINT-VINT′)2
＝(β/2)(Vref+|VTP|-VTN-VINT′)2…(3)式中β为金属氧化物半导体晶体管Q2的导电系数，该系数用下式(4)表示。
β＝β0·W/L…(4)β0表示用电子迁移率和金属氧化物半导体晶体管Q2的单位栅极电容描述的单位导电系数，而L和W分别表示金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极长度和栅极宽度。
从等式(3)可以得出下式Vref+|VTP|-VTN-VINT′＝(2·IL/β)1/2内部电源电压VINT(＝V基准+|VTP|-VTN)是无电流流过金属氧化物半导体晶体管Q2时的输出结点4处的内部电压。换言之，这种情况相应于一种状态，在这种状态中，金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极-源极电压等于金属氧化物半导体晶体管Q2的阈电压VIN，在这种状态中几乎无电流流过金属氧化物半导体晶体管Q2。所以内部电压VINT和VINT′之间的差ΔVINT代表当流过负载电流IL时输出结点4处的电压脉动。该电压脉动ΔVINT可以用下式(5)给出。
ΔVINT＝(2·IL/β)1/2…(5)
正如实用的一般情况，当低电流IL为150毫安且电压脉动ΔVINT被定为大约0.1伏时，金属氧化物半导体晶体管Q2的单位导电系数β0大约为40微安/伏2，当栅极长度L定为的0·4微米时的栅极宽度W由以下等式给出。
W＝2·IL·L/(β0·(ΔVINT)2)＝2·150·10-3·0.4/(40×10-6·0.12)＝120·10-3/400·10-9)＝0.3·106(微米)进而，正如图2A所示，让我们来看一个例子，在此例子中，简单地示意出一个金属氧化物半导体晶体管Q2。参考图2A，栅极G的宽度W确定为的0.3·106微米，且栅极G的长度L和漏极D及源极S的长度均相同地设定为0.5微米。这样，金属氧化物半导体晶体管Q2占据的面积为1.5微米·3·105＝4.5·105微米2，这仅占据具有通常50平方毫米大小的半导体芯片面积的大约0.9％。因此，就容易实现使金属氧化物半导体晶体管Q2不增大芯片的面积而又具有足够大的电流供给容量。
再有，正如图2B所示，如果金属氧化物半导体晶体管Q2形成为“梳状”，则金属氧化物半导体晶体管Q2占据的面积可以减小到图2A布置面积的大约1/2倍。这里参考图2B，漏极区D(D1-Dn)和源极区S(S1-Sn)交替布置并彼此间隔开，且在漏极区D(D1-Dn)和相邻的另一个源极区S(S1-Sn)之间，设置栅极G(G1-GX)。漏极区D1至Dn都与漏极线路DL连接，源极区S1至Sn都与源极线路SL连接，而栅极G1至GX都与栅极线路GL连接。
通过图2B所示的连接，可以实现如图2C中所示的那种结构，在这种结构中多个金属氧化物半导体晶体管并联连接。在图2C中，具有栅极G1和G2的金属氧化物半导体晶体管共用源极区S1，而具有栅极G2和G3的金属氧化物半导体晶体管共用漏极区D2。因此，栅极G1至GX数目大约是漏极区(或源极区)数目的两倍。从而，栅极G1-GX的宽度可以为上述值的1/(2·X)，金属氧化物半导体晶体管Q2占据的面积可以减小到X·1/(2·X)＝1/2，即，占据的面积大约为一半。
当负载电流IL如图3A中所示呈线性变化时，可以馈送具有足够大电流驱动能力的负载电流。然而，已处于备用状态电路的工作会突然地消耗大电流，且该负载电流(所消耗的电流)IL可以如图3B中所示按交流电流状态变化，这取决于使用来自输出结点4的内部电压VINT的电路。为了克服负载电流IL的这种交流状态变化，在输出结点4处设置一个电容C，通过将电容C中存储的电荷供给电流使交流状态改变，则使响应于金属氧化物半导体晶体管Q2的延迟得到补偿，并产生恒定电压水平的内部电压VINT。更具体地说，借助电容C中的电荷，补偿了电流消耗的交流状态，则可以防止因消耗电流的突然变化引起的内部电压VINT的突然降低，因此可以稳定地供给一个要求电压水平的内部电压VINT。
如果当使用来自输出结点4的内部电压VINT的内部电路(未示出)工作且负载电流IL仅作线性变化时，或在电流呈很小的交流状态变化时，电流不会突然变化，就不需要设置电容C。
图4示出根据本发明第一实施例的内部电源电路的第一种改进结构。参考图4，在电源结点1和内部结点3之间配置一个以电阻方式工作的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q3，金属氧化物半导体晶体管Q3具有与接地电位连接的栅极。通过用p沟道金属氧化物半导体晶体管Q3代替如图1中所示的电阻元件R1，可以获得以下优点。p沟道金属氧化物半导体晶体管Q3应用多个空穴作为载流子，这些载流子的迁移率比电子的迁移率小，因此，通常p沟道金属氧化物半导体晶体管Q3具有较小的(电流)驱动容量和较小的导电系数β。所以，当使用p沟道金属氧化物半导体晶体管Q3时，每单位面积的电阻值，与使用多晶硅型电阻元件的情况相比，可以做得足够大，由此可以降低被电阻元件占据的面积。金属氧化物半导体晶体管Q3的导电电阻(沟道电阻金属氧化物半导体晶体管Q3具有与接地电位连接的栅极，且金属氧化物半导体晶体管Q3通常导通)可以通过调整沟道区的表面杂质浓度设定到一个恰当值。
作为金属氧化物半导体晶体管Q3，可以使用栅极电极与电源结点1连接的n沟道金属氧化物半导体晶体管。只要该n沟道金属氧化物半导体晶体管具有足够大的沟道电阻，就可以获得相似的效果。
图5示出本发明第一实施例的内部电源电路的第二种改进结构。在图5所示的第二种改进中，金属氧化物半导体晶体管Q1的源极(结点3)通过电阻元件R1与一个施加高电压VCCH的升高电压结点5连接。除此以外，图5结构与图1中所示结构是相同的，且相应部分用相同的参考符号表示。
高电压VCCH的电压高于电源电压VCC。例如，在一个半导体存储装置中，一个升高电压VPP传送到一个被选择的数字线上，这样的升高的电压VPP可以用作高电压VCCH。通过应用高电压VCCH，可以获得以下优点。一个电压Vref+|VTP|由处于源极跟随器方式工作的金属氧化物半导体晶体管Q1传送到结点3。如果基准电压V基准和电源电压VCC之间的差值小，必须设定结点3处的电位高于电源电压VCC，这样，电流不流过电阻元件R1，因此，金属氧化物半导体晶体管Q1不在源极跟随器方式下工作，而保持断开状态。从而，在结点3处不可能产生要求的电压水平的电压。通过将电阻元件R1的一端与接受高电压VCCH的升压结点5连接，可以在结点3处稳定地产生一个要求的电压水平的电压，即使是在电源电压VCC接近基准电压V基准时也是一样。于是，在整个电源电压VCC的宽范围内，结点3处均可稳定地产生一个要求水平的电压，由此可以输出一个要求水平的内部电压VINT。
在图5所示的结构中，当用一个工作在如图4所示的电阻方式的金属氧化物半导体晶体管代替电阻元件R1时，可以获得相同的效果。施加到升压结点5上的高电压VCCH可以从外部加入，或另外可以由如下述相同装置中提供的电路施加。
图6示出一个用于在半导体器件中产生高电压VCCH的电路结构例子。图6中所示的高电压发生电路应用一个电容的电荷泵(charge pump)工作，且它一般用来产生一个比电源电压高的高电压。
参考图6，高电压发生电路利用电源结点1处的电源电压VCC和在接地结点处的地电位VSS作为工作电源电压进行工作。它包括一个环形振荡器110，用于产生具有规定的脉冲宽度和周期的脉冲信号；一个连接在结点104和结点105之间的电容100，用于通过电容性耦合，将结点104的电位变化传送到结点105；一个连接在电源结点1和结点105之间的二极管元件101；一个连接在结点105和结点5之间的二极管元件和一个稳定电容103用于使结点5处的电压稳定。
二极管元件101具有与电源结点1连接的阳极和与结点105连接的阴极。二极管元件102具有与结点105连接的阳极和与结点5连接的阴极。环形振荡器110是由奇数级串联倒相电路构成。二极管元件101和102可以由金属氧化物半导体晶体管形成。下边将简单说明其工作情况。
当从环形振荡器110输出到结点104的脉冲信号从高电平减小到低电压时，结点104处的信号中的电位变化通过电容100传送到结点105。
因为电容100的电容耦合(电荷泵工作)结点105的电位被降低。然而，它很快通过二极管元件101充电，且充到VCC-Vf电压水平。这里，Vf代表二极管元件101和102的正向电压降。此时结点5的电压VCCH高于此时结点105处的电压，二极管元件102关断。
当由于电容100的电容耦合(电荷泵工作)，使得从环形振荡器110传送到结点104的脉冲信号随着结点104处电位的升高，从低电平提高到高电平时，结点105处的电位进一步增加电压VCC(来自环形振荡器110的脉冲信号幅值为VCC)。由于结点105的电压升高，二极管元件102导通，电流从结点105流到结点5(电容器103的一个电极结点)，且结点5处的电压水平按照电容100对稳定电容103的电容的比值(通常从10至100)升高。当结点105和结点5之间的电压差达到Vf时，二极管元件102关断。由于重复地这项工作，最终结点5处的高电压VCCH达到下式表示的电压水平。
VCCH＝2·VCC-2·Vf假定VCC＝5伏和Vf＝0.7伏时，高电压VCCH将是8.6伏，它与电源电压VCC比是足够高的。升压结点5上施加高电压VCCH，流过与升压结点5连接的电阻R1的电流相当小(为了实现金属氧化物半导体晶体管在源极跟随器方式下工作)。因此，非常小的电流驱动能力足以满足图6所示的高电压发生电路，所以高电压发生电流占据的面积可以做得足够小。用来产生一个数字线升压信号的升压电路或如前述的动态半导体存储器装置中的类似电路，都可用作高电压发生电路。换言之，如果在半导体器件中设置一个用于产生内部高电压的电路，则可以应用那样的电路。
正如上所述，根据本发明第一实施例，从基准电压V基准，通过用一个处于源极跟随器方式下工作的p沟道金属氧化物半导体晶体管产生第二基准电压，且产生的第二基准电压被施加到用于产生内部电压的输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极，而该输出金属氧化物半导体晶体管Q2在源极跟随器方式下工作，以产生要求的电压水平的内部电压VINT，因此就不需要对内部电压和基准电压进行比较的比较电路，并可以获得一个具有低电流消耗的内部电压发生电路。
图7示出本发明第二实施例的内部电源电路的结构。参考图7，该内部电源电路包括一个内部基准电压发生电路10，用于从工作在源极跟随器方式下的金属氧化物半导体晶体管Q1的输出(源极)电压产生一个第二内部基准电压，并将产生的内部基准电压施加到该输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极上。内部电源电压发生电路10包括n沟道金属氧化物半导体晶体管Q5和Q6，每个均以二极管连接(以二极管方式工作)，并串联在电阻元件R1和金属氧化物半导体晶体管Q1之间；一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q7，它在栅极处接受结点3处的电压，且具有与升压结点5耦连的漏极；一个二极管连接的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q8，该晶体管Q8连接在金属氧化物半导体晶体管Q7的源极和结点6(输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极)之间；以及一个具有高阻值且连接在结点6和接地结点之间的电阻元件R2。电阻元件R1与升压结点5连接。
金属氧化物半导体晶体管Q5和Q6的导电电阻(沟道电阻)与电阻元件R1的阻值相比做得足够小，同样，金属氧化物半导体晶体管Q7和Q8的导电电阻(沟道电阻)与电阻元件R2的阻值相比做得足够小。因此，金属氧化物半导体晶体管Q6和Q8工作在二极管方式，而金属氧化物半导体晶体管Q7工作在源极跟随器方式(金属氧化物半导体晶体管Q7的栅极-源极电压等于金属氧化物半导体晶体管Q7的阈电压)。该内部基准电压发生电路10消除了金属氧化物半导体晶体管Q1和Q2的阈电压对由输出金属氧化物半导体晶体管Q2产生的内部电压VINT的影响。
金属氧化物半导体晶体管Q1的源极电位为V基准+|VTP|。由于金属氧化物半导体晶体管Q5和Q6工作在二极管方式，结点3处的电压V3可以由下式(6)给出。
V3＝Vref+|VTP|+2VTN……(6)参考符号VTN代表金属氧化物半导体晶体管Q5和Q6的阈电压。在以下说明中，假设n沟道金属氧化物半导体晶体管都具有相同的阈电压VTN，且P沟道金属氧化物半导体晶体管具有相同的阈电压VTP。由于结点3处的电压低于升压结点5的电压水平，金属氧化物半导体晶体管Q7传送一个比栅极电压低的阈电压VIN电压。金属氧化物半导体晶体管Q8工作在二极管方式，且造成|VTP|电压降。因此结点6处的电压V6由下式(7)给出。
V6＝V3-VTN-|VTP|＝V基准+|VTP|+2VTN-|VTP|＝V基准+VTN…(7)输出结点4处出现的电压VINT以下式(8)给出。
VINT＝V6-VTN＝Vref…(8)等式(8)不包括各金属氧化物半导体晶体管的阈电压VTP和VTN各项。因此，传送到输出结点的内部电压VINT具有的电压水平，仅由基准电压V基准确定，它不受可能因制造参数的变化而引起偏差的金属氧化物半导体晶体管的阈电压影响，并保持一个恒定电压水平。所以，可以精确产生规定电压水平的内部电压。进而，由于内部电压VINT仅由基准电压V基准确定，就不需要考虑在内部基准电压发生电路10中包括的各部件的工作参数，也不需要考虑各部件的布置，从而简化了设计。
再有，由于内部电压VINT的电压水平仅由不同的电压V基准所确定，就不需要优化内部基准电压发生电路10中包括的金属氧化物半导体晶体管的阈电压，因此简化了制造。
再有，由于是从升压结点5供给内部基准电压发生电路10电流，则该内部基准电压发生电路10即使在电源电压VCC和基准电压V基准之间差值很小时也可以稳定地工作，因此可以在电源电压VCC的宽电压范围内稳定地产生具有要求的电压水平的内部电压VINT。
在图7中所示的结构中，可以用在电阻方式下工作的金属氧化物半导体晶体管代替电阻元件R1和R2，电源电压VCC可以施加到升压结点5上，然而，在那种情况下，就需要把电源电压VCC设定到比基准电压V基准至少高2VTN。
正如上所述，根据本发明的第二实施例，从工作在源极跟随器方式并在它的栅极接受第一基准电压V基准的金属氧化物半导体晶体管Q1的输出(源极)电压，由内部基准电压发生电路产生一个第二内部基准电压，且于是将该产生的第二内部基准电压施加到金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极。因此，在第一实施例中，输出金属氧化物半导体晶体管工作在源极跟随器方式，以产生内部电压VINT，这样就不需要用于内部电压与基准电压进行比较的比较电路，且降低了电力消耗。再有，由于内部基准电压发生电路具有消除金属氧化物半导体晶体管Q1和Q2的阈电压对内部电压VINT影响的功能，则使内部电压VINT等于第一基准电压V基准，从而即使在制造参数变化时，可以确保且稳定地产生一个要求电压水平的内部电压。
图8示出根据本发明第三个实施例的内部电源电路结构。参考图8，该内部电源电路包括一个在栅极接受第一基准电压V基准并工作在源极跟随器方式的P沟道金属氧化物半导体晶体管Q1；一个第一内部电压发生电路12，用于从由金属氧化物半导体晶体管Q1产生的电压产生一个第二基准电压，且将该产生的第二基准电压施加到输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极上；一个第二内部电压发生电路14，用于从第一内部电压发生电路12结点6上输出的第二基准电压产生一个第三基准电压，并把第三基准电压传输到结点7上；以及一个连接在输出结点4和接地结点之间的P沟道金属氧化物半导体晶体管Q11，且在它的栅极处承受结点7上的第三基准电压。
第一内部电压发生电路12具有与图7中所示的内部基准电压发生电路10相似的结构，且相应的部件用相同的参考符号表示。
第二内部电压发和电路14包括一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q9和一个P沟道金属氧化物半导体晶体管Q10，它们每一个都是以二极管连接的且串接在结点6和7之间；一个具有高阻值的电阻元件R2连接在结点7和接地结点之间。金属氧化物半导体晶体管Q9和Q10的导电电阻的电阻值被设定为比电阻元件R2的电阻值小得多。对其工作情况将作说明。正如上述的第二实施例，结点6处的电压V6给出为V6＝Vref+VTN因为电阻元件R2具有高阻值，则只有很小的电流流过金属氧化物半导体晶体管Q9和Q10，晶体管Q9和Q10以二极管方式工作，且造成|VTP|和VTN电压降。因此结点7处的电压V7表示为V7＝Vref+VTN-VTN-|VTP|＝Vref-|VTP|当输出结点4的内部电压VINT升高为高于基准电压V基准时，P沟道金属氧化物半导体晶体管(第二输出晶体管)Q11变成导电，于是使内部电压VINT的电压水平降低。当内部电压VINT变为低于基准电压V基准时，金属氧化物半导体晶体管Q11关断。在此状况下，金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极-源极电压变得高于阈电压VTN，且金属氧化物半导体晶体管Q2变成导电，并将电流从电源结点1供给输出结点4，以使内部电压VINT的电压水平升高。
设置金属氧化物半导体晶体管Q11使输出结点4放电有以下好处当因为某些原因，在与输出结点4连接的线路和传送高于内部电压VINT电压的线路之间产生一种直流状态耦联(提供电流流动通道的耦连)且内部电压VINT的电压水平升高时，金属氧化物半导体晶体管Q11变成导电，使升高了的内部电压VINT降到规定的电压水平。
在输出结点4处设有一个用于稳定的电容C，使输出结点4处内部电压VINT的阻尼振荡或类似情况得以消除。然而，当内部电路或类似电路(未示出)工作并突然消耗大量电流使内部电压VINT的电压水平降低时，大的负载电流流过金属氧化物半导体晶体管Q2。如果因为大的负载电流IL补偿电流消耗，内部电压VINT的电压水平突然升高，就可能引起输出结点4处内部电压VINT的阻尼振荡。因此在这种情况下，金属氧化物半导体晶体管Q11变为导通，阻止这种振荡，于是内部电压VINT的电压水平可以稳定保持在一个要求的电压水平。金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11具有足够大的电流驱动能力，以提供被内部电流消耗掉的电流。因此，即使在输出结点4上的内部电压VINT的电压水平变化时，该内部电压VINT也可以很快恢复到要求的电压水平(Vref)。
在图8所示的结构中，如果结点6和7之间的电压差为VTN+|VTP|，结点6和7之间的金属氧化物半导体晶体管Q9和Q10的连接次序可以转换。
很明显，金属氧化物半导体晶体管Q9和Q10具有消除在金属氧化物半导体晶体管Q11和Q1的阈电压对输出结点4处高电平电位影响的作用，而输出结点4由金属氧化物半导体晶体管Q11箝位。
图9示出本发明第三个实施例的一种改进。图9仅示出图8中所示的内部电源电路的P沟道金属氧化物半导体晶体管Q10和Q11，在图9中所示的内部电源电路的结构中，金属氧化物半导体晶体管Q11的阈电压VTPb的绝对值小于金属氧化物半导体晶体管Q10的阈电压VTPa的绝对值，当满足以下关系时，金属氧化物半导体晶体管Q11变成导电。
VINT＞Vref-|VTPa|+|VTPb|＞Vref因此，当内部电压VINT处于基准电压V基准的电压水平时，金属氧化物半导体晶体管Q11关断。如果内部电压VINT稍低于基准电压V基准，金属氧化物半导体晶体管Q2(未示出)变成导电。即使在内部电压VINT从基准电压V基准稍有提高时，金属氧化物半导体晶体管Q11也不变成导电。此时，金属氧化物半导体晶体管Q2关断。当金属氧化物半导体晶体管Q11变成导电时，金属氧化物半导体晶体管Q2是关断的，因此，可以防止金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11两者同时变成导电，由于金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11供给内部电路系统工作电流，则它们具有大的电流驱动能力。如果内部电压VINT处于基准电压V基准且金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11工作在导通和关断状态之间的边界区域中，就可能有一个较大的电流从电源结点1流到接地结点。因此，正如上所述，通过保持金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11中至少一个关断，就可以避免电流从电源结点1流到接地结点，且可以实现内部电源电路消耗少量电流。
图10示出用于调节图9的金属氧化物半导体晶体管Q10和Q11阈电压的结构。如图10中所示，金属氧化物半导体晶体管Q10具有与本身源极连接的背栅极(基底区)。金属氧化物半导体晶体管Q11具有的背栅极(基底区)，被连接去接收电源电压VCC，金属氧化物半导体晶体管Q10具有彼此连接的基底区和源极，因此不产生背栅极作用。其间，金属氧化物半导体晶体管Q11在它的背栅极处接收电源电压VCC，以使产生背栅极作用，且阈电压VTPb的绝对值变得大于金属氧化物半导体晶体管Q10的阈电压的绝对值。因此，当内部电压VINT从基准电压Vref升高到阈电压以上或更高时，金属氧化物半导体晶体管Q11可能变成导电。施加到金属氧化物半导体晶体管Q11背栅极上的电压可以是高于输出结点4上的电压VINT的任何电压或是源极电压，从而它可以是高电压VCCH。
作为一种调节金属氧化物半导体晶体管Q10和Q11的阈电压的可供选择的方法，通过注入N型杂质离子(诸如砷)到金属氧化物半导体晶体管Q11的沟道区域，可以增大金属氧化物半导体晶体管Q11的阈电压绝对值。
如上所述，根据本发明的第三实施例，一个用于放电的p沟道金属氧化物半导体晶体管设置在输出结点和接地结点之间，从第一内部基准电压产生第二内部基准电压，且该产生的第二内部基准电压被施加到用于放电的输出金属氧化物半导体晶体管栅极上。因此，即使当内部电压VINT的电压水平升高时，内部电压VINT的电压水平可以立即恢复到要求的电压水平，从而可以实现内部电源电路确实保持在要求的电压水平。进而可以获得与第一和第二实施例相似的效果。
图11示出根据本发明的第四实施例的内部电源电路的结构。参考图11，内部电源电路包括一个在它的栅极接受基准电压V基准且工作在源极跟随器方式的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q1；一个内部电压发生电路16，用于从金属氧化物半导体晶体管Q1的源极电位产生一个第二内部基准电压；一个内部电压发生电路18，用于从由金属氧化物半导体晶体管Q1产生的内部电压产生一个第三基准电压；以及一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q12，根据来自内部电压发生电路18的输出电压使结点6处的电位放电。内部电压发生电路16基本上与图8中所示的结构相同，相应部分用相同的参考符号表示且不再重复详细说明。
内部电压发生电路18包括一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q13，在它的栅极接受结点3处的内部电压，且工作在源极跟随器方式；在金属氧化物半导体晶体管Q13和结点8之间串联连接且每个均工作在二极管方式的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q14和Q15；以及连接在结点8和接地结点之间具有高阻值的电阻元件R3。电阻元件R3的电阻值做成与金属氧化物半导体晶体管Q13至Q15的导电电阻(沟道电阻)比要足够大。金属氧化物半导体晶体管Q13具有与升压结点5连接的漏极。在这种结构中，如果金属氧化物半导体晶体管Q8工作在二极管方式，必须将金属氧化物半导体晶体管Q8的电流驱动能力设定得与金属氧化物半导体晶体管Q7的电流驱动能力比要足够大。将对其工作情况进行说明。
结点6处的电压V6与图8中所示的第三实施例一样为V基准+VTN。在此状况下，输出金属氧化物半导体晶体管Q2在与第二实施例一样的方式下工作。
结点8处的电压V8由结点3处的电压V3通过下式(9)给出。
V8＝V3-VTN-2.|VTP|＝Vref+VTN-|VTP|……(9)结点6上的电压V6和结点8上的电压V8之间的差值由下式给出；V6-V8＝|VTP|因此，由于源极-栅极电位差等于它本身的阈电压，金属氧化物半导体晶体管Q12工作在导通和关断状态之间的边界。当结点6上的电压V6由于噪音干扰而升高时，例如金属氧化物半导体晶体管Q12会变成导电，且结点6电压V6降低。当结点6上的电压V6降低时，金属氧化物半导体晶体管Q12变成导电，而它的电位借助金属氧化物半导体晶体管Q8升高。因此通过提供金属氧化物半导体晶体管Q12和第二内部电压发生电路18，当结点处的电压因噪音而升高时，结点6处的电压可以迅速降低到规定的电压水平，从而，输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极电压可以保持在一个恒定水平，所以内部电压VINT可以保持在基准电压V基准的电压水平。当结点6上的电压V6升高时，输出金属氧化物半导体晶体管Q2的源极-栅极电位因此升高，电流从电源结点1流到输出结点4，且内部电压VINT的电压水平升高。
如上所述，根据本发明第四实施例，当输出金属氧化物半导体晶体管的栅极电位升高时，其电位借助金属氧化物半导体晶体管Q12立即相应降低，以使输出金属氧化物半导体晶体管的栅极电位可以稳定地保持在一个规定的电压水平，从而，内部电压VINT的电压水平可以准确地保持在要求的电压水平。
图12示出本发明的第五个实施例的内部电源电路结构。参考图12，除图5所示的结构以外，内部电源电路还包括一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q11作为使输出结点4放电的第二输出金属氧化物半导体晶体管；和一个内部电压发生电路20，用于由结点3上的电压产生一个第三内部基准电压，并将其传送到金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极。内部电压发生电路20包括一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q15，在它的栅极处接受结点3上的电压，并以源极跟随方式传送结点3上的电压；一个工作在二极管方式的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q16用于将由金属氧化物半导体晶体管Q15传送的电压降低并传送到结点7上；以及一个连接在结点7和接地结点之间的电阻元件R4。该结点7与金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极连接。电阻元件R4的电阻值与金属氧化物半导体晶体管Q15和Q16的每个的导电电阻(沟道电阻)相比，做得足够大。因此，金属氧化物半导体晶体管Q16工作在二极管方式，而金属氧化物半导体晶体管Q15的漏极与升压结点5连接。现在将对其工作进行说明。结点3上的电压V3给出为Vref+|VTP|。所以，结点7上的电压为
V7＝Vref+|VTP|-VTN-|VTP|＝Vref-VTN金属氧化物半导体晶体管Q2工作在源极跟随器方式，并使输出结点4处的内部电压VINT的低电压水平固定为Vref+|VTP|-VTN。
同时，金属氧化物半导体晶体管Q11同样工作在源极跟随器方式，且使结点4上的内部电压VINT的较高电压水平固定在Vref-VTN+|VTP|。即，内部电压VINT可以表示为VINT＝Vref+|VTP|-VTN当内部电压VINT的电压水平升高时，金属氧化物半导体晶体管Q2变成导电，并将来自电源结点1的电流供给输出结点4。同时，如果内部电压VINT升高，金属氧化物半导体晶体管Q11变成导电，使输出结点4放电，且使内部电压VINT的电压水平降低。所以，即使在内部电压VINT的电压水平升高时，它仍可以确保恢复到要求的电压水平。这里，金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11的电流供给容量做得足够大，且即使在内部电压VINT因为内部电路系统消耗的电流中突然变化引起的振荡时，该振荡可以被金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11的大电流驱动能力所吸收，从而确保内部电压VINT的电压水平稳定。
如上所述，根据本发明第五实施例，由于第二输出金属氧化物半导体晶体管Q11根据内部输出结点4处的电压和来自内部电压发生电路20的第三基准电压之间的差值会变成导电或不导电，则即使当内部电压VINT升高时，该内部电压可以立即恢复到规定的电压水平。
图13示出第六实施例的内部电源电路结构。参考图13，该内部电源电路包括一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q1，它在栅极处接受基准电压Vref，且工作在源极跟随器方式；一个第一内部基准电压发生电路10，用于从由金属氧化物半导体晶体管Q1产生的电压产生一个第二基准电压；一个连接在电源结点1和输出结点4之间的输出金属氧化物半导体晶体管Q2，在它的栅极接受来自第一内部电压发生电路10的基准电压；一个第二内部基准电压发生电路20，用于从由金属氧化物半导体晶体管Q1产生的电压产生一个第三基准电压；以及一个连接在输出结点4和接地结点之间的p沟道金属氧化物半导体晶体管(第二输出金属氧化物半导体晶体管)Q11，在它的栅极处接受由第二内部电压发生电路20产生的第三基准电压。用于稳定的电容C连接到输出结点4。
第一内部基准电压发生电路10包括一个内部电压发生电路12，用于从金属氧化物半导体晶体管Q1产生的电压产生一个第一基准电压；一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q12，用于抑制结点6(输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极)处电位的升高，以及一个第二内部电压发生电路18，它产生一个用于控制金属氧化物半导体晶体管Q12导电/不导电的基准电压。第一内部电压发生电路12包括串联在结点3和金属氧化物半导体晶体管Q1之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q5和Q6，且每个均工作在二极管方式；一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q7，它在源极跟随器方式传送结点3上的电压；以及一个工作在二极管方式用于进一步降低从金属氧化物半导体晶体管Q7施加的电压的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q8。金属氧化物半导体晶体管Q8的栅极和漏极与结点6连接。金属氧化物半导体晶体管Q7的漏极与升压结点5连接。
第二内部电压发生电路18包括一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q13，它在源极跟随器方式将电压传送到结点3上；串联连接且每个均工作在二极管方式的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q14和Q15，用于降低来自金属氧化物半导体晶体管Q13的电压；以及一个连接在结点8和接地结点之间具有高阻值的电阻元件R3。结点8与金属氧化物半导体晶体管12的栅极连接。
第一内部基准电压发生电路10的结构和工作与图11中所示的第一和第二内部电压发生电路16和18相同。结点6上的第二基准电压Vref+VTN的振荡已被抑制并保持在一个恒定的水平。
第二内部基准电压发生电路20包括一个第三内部电压发生电路22，用于从包括在第一内部基准电压发生电路10中的金属氧化物半导体晶体管Q6传送至结点9的电压产生一个第三基准电压；一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q28，用于抑制第三基准电压(结点7上的电压)的电压水平升高；以及一个第四内部电压发生电路24，用于产生一个控制金属氧化物半导体晶体管Q28导电/不导电的电压。
第三内部电压发生电路22包括一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q25，用于在源极跟随方式传送结点9上的电压；和串联连接在金属氧化物半导体晶体管Q25和结点7之间的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q26和Q27，它们每个都工作在二极管方式，该第三内部电压发生电路22具有的功能是消除金属氧化物半导体晶体管Q11、Q1和Q6的阈电压对在源极跟随器方式的金属氧化物半导体晶体管Q11传送到输出结点4上的电压的影响。
第四内部电压发生电路24包括一个在源极跟随器方式传送结点9上的电压的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q21；彼此串联连接在金属氧化物半导体晶体管Q21和结点19之间的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q22、Q23和Q24，它们每个均工作在二极管方式；以及一个具有高阻值且连接在结点19和接地结点之间的电阻元件R5。电阻元件R5的电阻值与金属氧化物半导体晶体管Q21至Q24的导电电阻(沟道电阻)比，设定到一个足够大的数值。下边说明其工作。
第一内部基准电压发生电路10的工作与图11中所示相同，所以这里不再予以重复。只对第二内部基准电压发生电路20的工作加以说明。
用下式表示施加到结点9上的电压V9。
V9＝Vref+|VTP|+VTN金属氧化物半导体晶体管Q21具有与升压结点连接的漏极，且工作在源极跟随器方式。金属氧化物半导体晶体管Q22至Q24工作在二极管方式，所以金属氧化物半导体晶体管Q21至Q24分别传送降低了的阈电压电压。因此结点19上的电压V19可以给出为V19＝V9-VTN-3|VTP|＝Vref-2|VTP|同时，金属氧化物半导体晶体管Q25具有与升压结点5连接的漏极，且工作在源极跟随器方式，而金属氧化物半导体晶体管Q26和Q27工作在二极管方式。因此，结点7上的电压V7可以由下式给出。
V7＝V9-VTN-2|VTP|＝Vref-|VTP|当结点7上的电压V7变成高于Vref-|VTP|时，金属氧化物半导体晶体管Q28的源极-栅极电位变成大于|VTP|，金属氧化物半导体晶体管Q28变得导电，且使结点7的电压V7降低。从而，结点7上的电压V7保持在一个恒定的电压水平。
金属氧化物半导体晶体管Q11，根据结点7的电压V7的电压水平，传送V7+|VTP|＝Vref的电压。因此输出结点4上的内部电压VINT保持在基准电压V基准的电压水平。如果内部电压VINT升高，金属氧化物半导体晶体管Q11变成导电，且使内部电压VINT降低到规定的电压水平。当内部电压VINT降低时，金属氧化物半导体晶体管Q2变成导电，并使内部电压VINT恢复到规定的电压水平。
如上所述，根据本发明的第六实施例，对输出结点4提供了工作在源极跟随器方式的输出充电的金属氧化物半导体晶体管Q2和输出放电的金属氧化物半导体晶体管Q11，且在此晶体管的栅极上施加恒定的基准电压。因此，能够以低电流消耗产生一个具有要求电压水平的内部电压VINT。再有，由于设置了一个用于抑制输出金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11栅极电位增高的电路，可以防止输出金属氧化物半导体晶体管的栅极电压太高，且可以准确地产生一个要求的电压水平的内部电压。
图14示出本发明第七实施例的内部电源电路结构。参考图14，内部电源电路包括一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q1，它的栅极接受基准电压V基准，且它在源极跟随器方式传送基准电压V基准；一个内部电压发生电路10，用于从金属氧化物半导体晶体管Q1产生的内部电压产生一个第二基准电压；以及一个耦连在电源结点1和输出结点4之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q2，它的栅极接受来自第一内部基准电压发生电路10的第二内部基准电压，且它在源极跟随器方式下将第二内部基准电压传送到输出结点4上。
第一内部基准电压发生电路10包括串联连接在结点3和金属氧化物半导体晶体管Q1之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q4至Q6，且每个都工作在二极管方式；一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q31，它的栅极处接受结点3上的电压，且它工作在源极随器方式；以及一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q32，它工作在二极管方式并将接收来自金属氧化物半导体晶体管Q31的电压降低；以及一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q35，它的栅极处接受由金属氧化物半导体晶体管Q32传送到结点21的电压，且它在源极跟随器方式下将此接受的电压传送到结点6用于产生一个第二基准电压。金属氧化物半导体晶体管Q31和Q35的漏极与升压结点5连接。结点3通过电阻元件R1与升压结点5连接。
内部基准电压发生电路10还包括一个耦连在结点6和接地结点之间的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q12，以及内部电压发生电路18，该电路18产生一个控制金属氧化物半导体晶体管Q12导电/不导电的第三基准电压。金属氧化物半导体晶体管Q12工作在源极跟随器方式。
内部电压发生电路18包括串联连接在结点21和8之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q33和Q34，它们每个都工作在二极管方式；和一个连接在结点8和接地结点之间的具有高阻值的电阻元件R3。电阻元件R3的电阻值与金属氧化物半导体晶体管Q31至Q34的导电电阻(沟道电阻)比，要设定得足够大。现在将说明其工作。
金属氧化物半导体晶体管Q4至Q6全部以二极管方式工作(电阻R1的电阻值足够大)。因此，结点3上的电压V3由下式给出。
V3＝Vref+3.VTN+|VTP|金属氧化物半导体晶体管Q31工作在源极跟随器方式，且把栅极电位降低阈电压VIN，还将降低了的电位传送到它的源极。金属氧化物半导体晶体管Q32工作在二极管方式，因此，结点21上的电压V21可由下式给出。
V21＝V3-VTN-|VTP|＝Vref+2VTN金属氧化物半导体晶体管Q35工作在源极跟随器方式，使栅极电位降低，也就是使结点21上的电压降了阈电压VTN，并将降低了的电压传送到结电点6上。因此结点6上的电压V6可由下式给出。
V6＝V21-VTN＝Vref+VTN与图13所示的结构不同，输出金属氧化物半导体晶体管Q2是通过一级金属氧化物半导体晶体管Q35与升压结点连接。因此，当通电且升压结点5处的电位升高时，结点6上的电压快速升高，且来自输出结点4的内部电压相应快速上升。从而在施加电力后，内部电压VINT迅速达到规定的电压水平。
内部电压发生电路18的金属氧化物半导体晶体管Q33和Q34两者均以二极管方式工作，因此结点8上的电压V8可由下式给出。
V8＝V21-VTN-|VTP|＝Vref+VTN-|VTP|
金属氧化物半导体晶体管Q12以源极跟随器方式工作，因此，当结点Q6上的电压V6增大到高于V基准+VTN时，金属氧化物半导体晶体管Q12变成导电，使结点6上的电压降到规定的电压水平。所以，即使当结点6上的电压因为噪音或类似的原因而升高时，结点6上的电压可以立即返回到规定的电压水平，从而，可以产生一个稳定水平的内部电压VINT。
如上所述，根据本发明第七实施例，由于输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极通过一级金属氧化物半导体晶体管Q35与电源结点(升压结点)耦连，所以可以实现通电时输出金属氧化物半导体晶体管的栅极电位快速升高，且因此内部电压VINT迅速升高。
图15示出本发明第八实施例的内部电源电压的结构。在图15中，输出金属氧化物半导体晶体管Q2的结构以及根据由金属氧化物半导体晶体管Q1产生的电压设定输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极电位的第一内部基准电压发生电路的结构与图14中所示相同。因此，相应的部分用相同的参考符号表示，不再重复详细说明。
内部电源电路进一步包括一个第二内部基准电压发生电路20，用于从根据金属氧化物半导体晶体管Q1的输出电压产生的且传送到结点39的电压产生一个第三基准电压；和一个以源极跟随器方式工作的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q11，且它的栅极接受来自第二内部基准电压发生电路20的输出电压。金属氧化物半导体晶体管Q11耦连在输出结点4和接地结点之间。由包括在第一内部基准电压发生电路10中的金属氧化物半导体晶体管Q5产生的电压(金属氧化物半导体晶体管Q5的漏极电压)被传送到结点39上。
第二内部基准电压发生电路20包括一个内部电压发生电路22，它根据结点39上的电压对结点7产生一个第三基准电压；一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q28，用于抑制结点7的电压升高；和一个第二内部电压发生电路24用于设定金属氧化物半导体晶体管Q28的栅极电位。第一内部电压发生电路22包括一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q41，它的栅极接受结点39上的电压，且它以源极跟随器方式工作，p沟道金属氧化物半导体晶体管Q42和Q43，它们串联连接在金属氧化物半导体晶体管Q41和结点41之间，且每个均以二极管方式工作；以及一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q46，用于在源极跟随器方式工作下将结点41上的电压传送到结点7上。金属氧化物半导体晶体管Q41和Q46的漏极与升压结点5连接。金属氧化物半导体晶体管Q35和Q46的漏极可以耦连到施加电源电压VCC的电源结点1上。
第二内部电压发生电路24包括串联在结点41和48之间的一个n沟道金属氧化物半导体晶体管Q44和一个p沟道金属氧化物半导体晶体管Q45，且每个以二极管方式工作；以及一个连接在结点48和接地结点之间具有高阻值的电阻元件R2。电阻元件R2的电阻值与金属氧化物半导体晶体管Q41至Q45的导电电阻(沟道电阻)比较做得足够大。现在说明其工作。
结点39上的电压V39，由下式给出。
V39＝Vref+|VTP|+2VTN
金属氧化物半导体晶体管Q41以源极跟随器方式工作，且传送结点39上的电压V39，同时将电压V39降低阈电压VTN。晶体管Q42和Q43两者都以二极管方式工作。因此，结点41上的电压V41可由下式给出。
V41＝V39-VTN-2|VTP|＝Vref+VTN-|VTP|金属氧化物半导体晶体管Q46以源极跟随器方式工作，并传送结点41上的电压至结点7，同时将该电压降低阈电压VTN。因此，结点7上的电压V7可由下式给出。
V7＝V41-VTN＝Vref-|VTP|同时，金属氧化物半导体晶体管Q44和Q45以二极管方式工作，因此结点48的电压V48可由下式给出。
V48＝V41-VTN-|VTP|＝Vref-2|VTP|当结点7的电压变得高于V基准-|VTP|时，金属氧化物半导体晶体管Q28变成导电，且使结点7上的电压V7下降。因此结点7上的电压V7稳定地保持在规定的电压水平。当输出结点4上的电压VINT变成高于基准电压V基准时，金属氧化物半导体晶体管Q11变成导电，使内部电压VINT的电压水平下降。因此可以稳定地保持输出结点4的电压VINT在稳定的基准电压V基准电压水平。
在图15所示的结构中，金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极通过一级金属氧化物半导体晶体管Q46与升压结点5(或电源结点1)耦连。因此，与包括在第一内部基准电压发生电路10中的金属氧化物半导体晶体管的作用相似，结点7上的电压在通电后可以快速上升。因此通电后可以立即将金属氧化物半导体晶体管Q11关断，且输出结点上的内部电压VINT可以快速升高到规定的电压水平。
这里，金属氧化物半导体晶体管Q11的阈电压绝对值可以设定得较金属氧化物半导体晶体管Q42、Q43、Q28和Q1的大。可以确保通过金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11抑制从电源结点1流到接地结点的电流。
如上所述，根据本发明第八实施例，用于对输出结点4充电的输出金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极与用于对输出结点4放电的第二输出金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极通过一级金属氧化物半导体晶体管与电源结点(或升压结点)耦连。通电后，输出金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11的栅极电位可以快速升高，因此，输出结点4处的内部电压VINT也可以快速升高，所以在通电后，可以立即产生稳定的内部电压VINT。
图16中示出本发明第九实施例的内部电源电路结构。
参考图16，内部电源电路包括一个n沟道金属氧化物半导体晶体管T1，它的栅极接受基准电压V基准，且它以源极跟随器方式工作；一个n沟道金属氧化物半导体晶体管T4，用于在于二极管方式下将由金属氧化物半导体晶体管T1产生的电压传送到结点N3；一个内部基准电压发生电路10，用于由结点N3的电压产生一个基准电压；以及一个连接在电源结点1和输出结点4之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q2，它的栅极接受电压内部基准电压发生电路10产生的并被传输到结点6的内部基准电压。结点N3通过一个具有高阻值的电阻元件R11与接地结点藕连。
内部基准电压发生电路10包括一个p沟道金属氧化物半导体晶体管T7，它在源极跟随器方式下传送结点N3上的电压；和一个串连接在金属氧化物半导体晶体管T7和结点6之间且每个均以二极管方式工作的n沟道金属氧化物半导体晶体管T8和T9。结点6通过具有高阻值的电阻元件R12与升压结点5连接。金属氧化物半导体晶体管T1的漏极与电源结点1连接。这是因为金属氧化物半导体晶体管T1产生一个低于基准电压V基准的电压。结点6通过电阻元件R12与升压结点5藕连，因为一个高于基准电压V基准的电压被传送到结点6上，即使在电源电压VCC和基准电压V基准之间差值小时，也会稳定地产生一个具有规定电压的第二基准电压。现在说明图16中所示的内部电源电路的工作。
电阻元件R11具有的阻值与金属氧化物半导体晶体管T1和T4的导电电阻(沟道电阻)比是足够的大。金属氧化物半导体晶体管T1以源极跟随器方式工作，且为了传送，将施加到它的栅极的基准电压V基准降低阈电压VTN。金属氧化物半导体晶体管T4以二极管方式工作，并将来自金属氧化物半导体晶体管T1的电压再降低阈电压的绝对值|VTP|。因此，结点N3上的电压V3可由下式给出。
V3＝Vref-VTN-|VTP|金属氧化物半导体晶体管T7至T9的导电电阻(沟道电阻)与电阻元件R12的电阻值比，设定成足够小。因此，金属氧化物半导体晶体管T7以源极跟随器方式工作，且将施加到它的栅极的电压V3升高阈电压的绝对值。金属氧化物半导体晶体管T8和T9以二极管方式工作，且分别产生阈电压VTN的电压降。因此，结点6上的电压V6可由下式给出。
V6＝V3+|VTP|+2VTN＝Vref+VTN由于金属氧化物半导体晶体管Q2以源极跟随器方式工作，则传送到输出结点4的内部电压VINT变成等于基准电压V基准。当输出结点4处的内部电压VINT降低时，金属氧化物半导体晶体管Q2的栅极-源极电压变成大于阈电压VTN，且金属氧化物半导体晶体管Q2将电流从电源结点1供给输出结点4，并使内部电压VINT升高。
也是在图16所示的结构中，内部基准电压发生电路10具有消除金属氧化物半导体晶体管Q2的阈电压对内部电压VINT影响的功能，从而，即使存在制造参数或类似的变化时，可以稳定地产生具有规定电压水平的内部电压VINT。正如以上的各实施例，输出金属氧化物半导体晶体管Q2以源极跟随器方式工作，就不需要用于比较内部电压VINT和基准电压V基准的比较电路，从而可以降低电能消耗。
图17示出本发明第十实施例的内部电源电路的结构。
在图17所示的内部电源电路中，除了图16所示的结构外，设有一个用于对输出结点4放电的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q11；一个用于设定p沟道金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极电位的p沟道金属氧化物半导体晶体管T5，以及一个用于消除p沟道金属氧化物半导体晶体管T5的阈电压|VTP|对内部电压VINT的电压值影响的p沟道金属氧化物半导体晶体管T10。
金属氧化物半导体晶体管T5连接在金属氧化物半导体晶体管T4和结点N3之间，且以二极管方式工作。金属氧化物半导体晶体管T10连接在金属氧化物半导体晶体管T8和T9之间，且以二极管方式工作。金属氧化物半导体晶体管T8的漏极结点(结点7)与输出金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极耦连。其它结构与图16中所示的结构相同，且相应的部分用相同的参考符号表示。现在将说明其工作。
电阻元件R11的阻值与金属氧化物半导体晶体管T1、T4和T5的导电电阻(沟道电阻)相比，是足够大的。因此，结点N3上的电位V3如下式给出。
V3＝Vref-VTN-2|VTP|电阻元件R12的阻值与金属氧化物半导体晶体管T7至T10的导电电阻(沟道电阻)相比，是足够大的。因此，金属氧化物半导体晶体管T7至T10的栅极-源极电压分别等于阈电压的绝对值。从而，结点6和7上的电压V6和V7可由下式给出。
V7＝V3+|VTP|+VTN＝Vref-|VTP|V6＝V7+|VTP|+VTN＝Vref+VTN所以，由于金属氧化物半导体晶体管Q2和Q11以源极跟随器方式工作，则输出结点4的电压VINT会具有基准电压V基准的电压水平。更准确地说，如果内部电压VINT高于基准电压V基准，金属氧化物半导体晶体管Q11就变成导电，并使电压VINT降低。同时，如果内部电压VINT降低，金属氧化物半导体晶体管Q2就变成导电，将电流从电源结点1供给输出结点4，并使内部电压VINT升高。
也是在图17所示的结构中，金属氧化物半导体晶体管Q11的阈电压绝对值可以设定得比金属氧化物半导体晶体管T4和T5的阈电压绝对值大。可以防止发生电流从电源结点流到接地结点。
如上述，根据本发明的第十实施例，为输出结点设置了每个均以源极跟随器方式工作的输出金属氧化物半导体晶体管，一个恒定的内部基准电压施加到这些金属氧化物半导体晶体管的栅极，并且该恒定内部基准电压适于不受其栅极接受基准电压V基准的金属氧化物半导体晶体管的阈电压的影响，和以内部电压VINT输出的金属氧化物半导体晶体管的阈电压的影响。所以，可以在低电流消耗下稳定地产生一个具有规定的电压水平的内部电压VINT。
图18示出本发明的第十一实施例的内部电源电路结构。参考图18，内部电源电路不同于图17的结构。在图17中，包括在内部基准电压发生电路10中的内部电压发生电路，用于从第一内部结点N3上的电压产生第二基准电压，(结点N3接受根据第一基准电压V基准产生的一个内部电压)，并把产生的第二基准电压施加到输出金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极，这种结构是不一样的。除了内部电压发生电路12具有不同结构和不设置对输出结点4放电的输出金属氧化物半导体晶体管Q11外，在图18中所示的内部电源电压电路结构是与图17中所示的内部电源电路的结构一样，且相应的部分用相同的参考符号表示。
内部电源电压发生电路12包括一个p沟道金属氧化物半导体晶体管T7，在它的栅极接受结点N3上的电压且它以源极跟随器方式工作；串联连接在金属氧化物半导体晶体管T7和结点N8之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管T8和T11，它们每个以二极管方式工作；以及串联连接在结点N8和N21之间的一个p沟道金属氧化物半导体晶体管T10及一个n沟道金属氧化物半导体晶体管T9，它们每个以二极管方式工作。金属氧化物半导体晶体管T9和T10的位置可以互换。结点N21通过具有高阻值的电阻元件R12与升压结点5耦连。
内部电源电压发生电路12进一步包括一个耦连在升压结点5和内部结点6之间且其栅极与结点N21耦连的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q35，和一个耦连在结点6和接地结点之间且其栅极与结点N8耦连的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q12。金属氧化物半导体晶体管T7至T11的导电电阻(沟道电阻)与电阻元件R12的阻值相比，被设定得足够小。因此，这些金属氧化物半导体晶体管T7至T11的栅极-源极电压分别设定得与阈电压的绝对值相等。金属氧化物半导体晶体管Q35和Q12均以源极跟随器方式工作。现在将说明其工作。
结点N3上的电压V3与图17中所示实施例的电压相同。金属氧化物半导体晶体管T7以源极跟随器方式工作，而金属氧化物半导体晶体管T8和T11以二极管方式工作。因此结点N8上的电压V8可由下式给出。
V8＝V3+|VTP|+2VTN＝Vref+VTN-|VTP|结点N8上的电压V8施加到金属氧化物半导体晶体管Q12的栅极上。所以，当结点6上的电压V6高于V基准+VTN时，金属氧化物半导体晶体管Q12变成导电，并使结点6上的电压V6降低。因此，例如即使当结点6上的电压V6因噪音影响的原因而升高时，结点6上的电压水平可立即降低到规定的电压水平。
结点N8和N21之间的金属氧化物半导体晶体管T9和T10工作在二极管方式，因此结点N21上的电压V21可由下式给出。
V21＝V8+|VTP|+VTN＝Vref+2VTN
结点N21与金属氧化物半导体晶体管Q35的栅极耦连。结点N21上的电压比升压结点5上的高电压VCCH低。因此，金属氧化物半导体晶体管Q35工作在源极跟随器方式，且结点6上的电压V6表示为V6＝Vref+VTN结点6与输出金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极耦连。由于电源结点1处的电压VCC高于内部电压VINT，则与金属氧化物半导体晶体管Q1的输出结点连接的导电端子起源极的作用。因此，当内部电压VINT比结点6处的电压V6降低阈电压VTN时，金属氧化物半导体晶体管Q1变成导电，并将电流从电源结点1供给到输出结点4。同时，如果输出结点4上的内部电压VINT和结点6上的电压V6之间的差值变得小于阈电压VTN时，金属氧化物半导体晶体管Q1关断。因此，输出结点4上的电压VINT变成等于基准电压Vref。
也是在图18所示的结构中，内部结点6通过一级金属氧化物半导体晶体管Q35与升压结点5连接。因此，当通电时，结点6上的电压迅速增大，金属氧化物半导体晶体管Q1与其响应变成导电，且通电后使结点4上的内部电压VINT快速升高。所以，通电后内部电压VINT可以迅速达到规定的电压水平。
金属氧化物半导体晶体管Q35的漏极可不与升压结点5耦连，而与电源结点1耦连。
如上述，根据本发明的第十一实施例，由于输出金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极通过一级金属氧化物半导体晶体管与升压结点(或电源结点)耦连，该金属氧化物半导体晶体管的栅极电位在通电后可以立即升高，因此，内部电压VINT在通电后可以快速升高到规定的电压水平。
进而，甚至在输出金属氧化物半导体晶体管Q1上的栅极电位因为噪音影响升高时，则例如会通过金属氧化物半导体晶体管Q12进行放电时，因此可以防止金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极过分长时间地保持在高电位。因此可以防止内部电压VINT随着内部结点6处的电位增高而升高，且可以稳定地产生一个恒定电压水平的内部电压VINT。
图19示出本发明第十二实施例的内部电源电路的一种结构。参考图19，第一内部基准电压发生电路10用于设定耦连在电源结点1和输出结点4之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管Q1的栅极电位，该电路10的结构与图18中所示的第一内部基准电压发生电路10的结构相同。所以，相同的部分用相同的参考符号表示，且不再重复详细说明。
参考图19，还提供了一个用于设定耦连在输出结点4和接地结点之间的p沟道金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极电位的第二内部基准电压发生电路20。为了产生一个用于第二内部基准电压发生电路20的规定电压水平的内部电压，在第一内部基准电压发生电路10中的电阻元件R11和金属氧化物半导体晶体管T5之间设置一个工作在二极管工作方式的p沟道金属氧化物半导体晶体管T6。金属氧化物半导体晶体管T6具有与结点N49耦连的漏极。金属氧化物半导体晶体管T6的导电电阻(沟道电阻)与电阻元件R11的电阻值相比，设定得足够小，因此，金属氧化物半导体晶体管T6使从金属氧化物半导体晶体管T5接收到的电压降低了阈电压的绝对值，以传送到结点N49。
第二基准电压发生电路20包括一个p沟道金属氧化物半导体晶体管T41，在它的栅极接受结点N49上的电压，且晶体管41工作在源极跟随器方式；一个连接在金属氧化物半导体晶体管T41和结点48之间的n沟道金属氧化物半导体晶体管T42，且工作在二极管方式；一个p沟道金属氧化物半导体晶体管T43和n沟道金属氧化物半导体晶体管T44串联连接在结点N41和N48之间，且每个均以二极管方式工作；一个具有高阻值、连接在结点N41和升压结点5之间的电阻元件R22；一个n沟道金属氧化物半导体晶体管T46，工作在源极跟随器工作方式，它的栅极接受结点N41上的电压，且耦连在电源结点1和结点7之间；以及一个连接在结点7和接地结点之间且它的栅极与结点N48连接的p沟道金属氧化物半导体晶体管T28。金属氧化物半导体晶体管T28工作在源极跟随器方式。
电阻元件R22的阻值与金属氧化物半导体晶体管T41至T44的导电电阻(沟道电阻)比，其阻值是足够大。因此，金属氧化物半导体晶体管T41至T44具有的栅极-源极电压分别等于阈电压的绝对值。现在说明其工作。
从金属氧化物半导体晶体管T6传送到结点N49的电压V49用以下等式表示。
V49＝Vref-3|VTP|-VTN
途径金属氧化物半导体晶体管T41和T42，结点N48上的电位V48可由下式给出。
V48＝V49+|VTP|+VTN＝Vref-2|VTP|金属氧化物半导体晶体管T28具有它的与接地电结点耦连的漏极，且保持结点7和结点N48之间的电位差为它的阈电压的绝对值。更尤其，如果结点7处的电压V7高于V基准-|VTP|，金属氧化物半导体晶体管T28变成导电。因此，例如当结点7上的电压由于噪音影响增高时，可以防止金属氧化物半导体晶体管Q11的栅极电位过分长时间地保持在增高的水平上。所以，当内部电压VINT升高时，可以确保内部电压VINT保持在规定的电压(Vref)。
同时，由工作在二极管方式的金属氧化物半导体晶体管T43和T44传送到结点N41的电压V41用下式表示。
V41＝V48+VTN+|VTP|＝Vref+VTN-|VTP|金属氧化物半导体晶体管T46的栅极电位低于它的漏极(电源结点1)处的电位，因此金属氧化物半导体晶体管T46工作在源极跟随器方式。所以，金属氧化物半导体晶体管T46传送到结点7的电压V7用下式表示。
V7＝V41-VTN＝Vref-|VTP|借助金属氧化物半导体晶体管T46和T28，可以保持结点7处的电压V7在一个恒定的电压水平V基准-|VTP|。
在图19所示的结构中，除了图18中所示的第十一实施例的结构的作用外，在通电时，借助一级金属氧化物半导体晶体管T46结点7处的电位可以快速地升高，同时，金属氧化物半导体晶体管Q11可以在通电后不久关断，所以，在通电后可以通过金属氧化物半导体晶体管Q1快速地对输出结点4充电，且内部电压VINT可以快速地达到规定的电压水平。
如上述，根据本发明第十二实施例，由于输出金属氧化物半导体晶体管Q1和Q11的栅极是通过一级金属氧化物半导体晶体管与电源结点或升压结点耦连，该栅极电位可以在通电后快速地升高，同时，内部电压可以快速地达到恒定电压水平。
内部基准电压发生电路消除了这些金属氧化物半导体晶体管的阈电压和栅极接受基准电压Vref的金属氧化物半导体晶体管的阈电压对来自输出金属氧化物半导体晶体管的内部电压VINT的影响，从而，可以稳定地产生一个规定的电压水平的基准电压，而不受制造参数的影响。
电阻元件R22可以与电源结点1耦连，金属氧化物半导体晶体管T46的漏极可以与升压结点5耦连，金属氧化物半导体晶体管Q35的漏极可以与电源结点1耦连。
如上述，根据本发明，由于金属氧化物半导体晶体管工作在二极管方式或源极跟随器方式，这些工作方式可以实现低电流消耗，由此内部电压电路可以实现消耗非常小的电流。进而，可以完全地消除金属氧化物半导体晶体管元件的阈电压对输出电压的影响，因此，可以稳定地产生一个要求电压水平的内部电压，而不受阈电压变化的影响。
尽管已对本发明作了详细说明，但很清楚，这仅仅是对其的说明和举例，本发明并不限于此，其精神实质和范围由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种内部电源电路，包括一个第一导电型的第一绝缘栅极型场效应晶体管(Q1，T1)，在它的栅极处接受第一基准电压；至少一个第二绝缘栅极型场效应晶体管(Q5、Q6；Q4-Q6；T4)，连接在上述第一绝缘栅极型场效应晶体管和第一内部结点之间，并每个均以二极管连接；一个输出绝缘栅极型场效应晶体管(Q2)，连接在一个电源结点和内部电压输出结点之间，用于在上述电源结点和上述内部电压输出结点之间按照它的栅极上施加的电压构成一个电流通道；以及内部基准电压发生装置(Q7、Q8；Q31、Q32、Q35；T7-T9；T7-T11)，用于从上述第一内部结点上的电压产生一个第二基准电压，且用于将上述第二基准电压施加到上述输出绝缘栅极型场效应晶体管，上述内部基准电压发生装置包括用于消除上述第一、第二和输出绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压对上述内部电压输出结点处输出的电压值影响的装置(Q7、Q8；Q31、Q32、Q35；T7-T9、T7-T11)。
2.一个内部电源电路，包括一个第一p沟道绝缘栅极型场效应晶体管(Q1)，具有一个承受第一基准电压的栅极，一个被耦连接收一个接地电位的导电端子，以及另一个导电端子；一个n沟道输出绝缘栅极型场效应晶体管(Q2)，连接在电源结点和内部电压输出结点之间，用于将电流从上述电源结点供给到上述内部电压输出结点，产生一个内部电压；以及内部基准电压发生装置(16；10)，用于从在第一p沟道晶体管的另一导电端子上的电压产生一个第二基准电压，施加到上述输出绝缘栅极型场效应晶体管的栅极，上述内部基准电压发生装置包括至少一个第二n沟道绝缘栅极型场效应晶体管(Q5、Q6；Q4-Q6)，它连接在上述第一p沟道绝缘栅极型场效应晶体管的上述另一个导电端子和第一内部结点之间，并每个均以二极管方式工作，和消除装置(Q7、Q8；Q51、Q31、Q32)，用于消除上述第一、第二和输出绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压对上述内部电压的电压值的影响。
3.根据权利要求2的内部电源电路，其中上述消除装置(Q7、Q8；Q31、Q32、Q35)包括一个n沟道源极跟随器绝缘栅极型场效应晶体管(Q7、Q31)，它的栅极接受上述第一内部结点上的电压，在源极跟随器方式传送所接受的电压，以及一个二极管连接的p沟道绝缘栅极型场效应晶体管(Q8)，它被耦连到上述源极跟随器绝缘栅极型场效应晶体管上，并从在上述源极跟随器方式传送的电压产生上述第二基准电压。
4.根据权利要求2的内部电源电路，其中上述第二n沟道绝缘栅极型场效应晶体管(Q4-Q6)通过一个高电阻元件(R1)与升压结点(5)耦连，一个比施加到上述电源结点(1)上的电压更高的电压施加到该升压结点(5)上，且耦连上述内部基准电压发生装置(10；16)以接收来自上述升压结点的电流。
5.根据权利要求2的内部电源电路，进一步包括一个耦连在上述内部电压输出结点和提供上述地电位的接地结点之间的p沟道第二输出绝缘栅极型场效应晶体管；以及第二内部基准电压发生装置(12、14；20)，它包括装置(Q9、Q10；Q25-Q27)，用于消除第一p沟道和第二n沟道晶体管以及上述第二输出绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压对上述内部电压的影响，用于从上述第一基准电压产生一个第三基准电压，并用于将产生的第三基准电压施加到上述第二输出绝缘栅极型场效应晶体管的栅极上。
6.根据权利要求2的内部电源电路，进一步包括放电装置(18、Q12)，它接收上述第一输出绝缘栅极型场效应晶体管(Q2)的栅极电位和上述第一内部结点上的电位，用来响应于达到高于上述第一基准电压水平的上述第一输出绝缘栅极型场效应晶体管的栅极电位，使上述第一输出绝缘栅极型场效应晶体管的栅极放电到地电位水平。
7.根据权利要求2的内部电源电路，包括一个耦连在上述第一输出绝缘栅极型场效应晶体管的栅极和接地结点之间的p沟道放电绝缘栅极型场效应晶体管(Q12)；以及传送装置(18、Q5、Q6)，用于使上述第一内部结点上的电位降低到进一步小于上述放电绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压绝对值的上述第二基准电压，并用于将该降低了的电位传送到上述放电绝缘栅极型场效应晶体管的栅极。
8.根据权利要求2的内部电源电路，进一步包括一个耦连在上述内部电压输出结点和接地结点之间的p沟道第二输出绝缘栅极型场效应晶体管(Q11)；以及第二内部基准电压发生装置(12、14；20，Q6；20、Q4、Q5)，它包括消除装置(Q5-Q10；Q6、Q25-Q27；Q41-Q43、Q46)，它消除上述n沟道输出绝缘栅极型场效应管和第二输出绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压对上述内部电压输出结点(4)处的内部电压的电压值的影响，用于从上述p沟道绝缘栅极型场效应管的输出电压产生一个第三基准电压，并将产生的第三基准电压施加到上述第二输出绝缘栅极型场效应晶体管的栅极上。
9.一个内部电源电路，包括一个p沟道第一绝缘栅极型场效应管(Q1)，它的栅极接受一个第一基准电压，以源极跟随器方式工作并产生一个高于上述第一基准电压的第二基准电压；以及一个n沟道输出绝缘栅极型场效应管(Q2)，在它的栅极处接受上述第一绝缘栅极型场效应管的源极处的第二基准电压，并工作在源极跟随器方式，用于将来自电源结点的电流提供给内部电压输出结点；其中上述第一绝缘栅极型场效应管(Q1)被耦连，以在它的源极通过一个电阻元件(R1；Q3)接受一个比施加到上述电源结点上的电压高的电压(VCCH)。
10.根据权利要求9的内部电源电路，进一步包括一个耦连在上述内部电压输出结点(4)和接地结点之间并工作在源极跟随器方式的p沟道第二输出绝缘栅极型场效应晶体管(Q11)；以及被耦连以接收第二基准电压的内部基准电压发生装置(20)，用于产生一个比施加到上述第二输出绝缘栅极型场效应管的栅极上的第二基准电压低的第三基准电压。
11.根据权利要求9的内部电源电路，其中上述电阻元件(Q3)包括一个p沟道绝缘栅极型场效应管。
12.根据权利要求2的内部电源电路，其中上述内部基准电压发生装置(16、10)进一步包括一个n沟道第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管(Q31)，在它的栅极处接受上述第一内部结点上的电压并工作在源极跟随器方式，一个p沟道绝缘栅极型场效应管(Q32)，工作在二极管方式，用于降低由上述第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管传送的电压，和一个n沟道第二源极跟随器绝缘栅极型场效应管(Q35)，在它的栅极处接受来自上述工作在二极管方式的p沟道绝缘栅极型场效应管的输出电压，并工作在源极跟随器方4以产生上述第二基准电压。
13.根据权利要求12的内部电源电路，进一步包括一个耦连在上述内部电压输出结点和接地结点之间的p沟道第二绝缘栅极型场效应晶体管(Q15)，以及第二内部基准电压发生装置(Q4、Q5、20)，它被耦连以接受从上述第一绝缘栅极型场效应管产生的的输出电压，用于产生一个比从上述第一绝缘栅极型场效应管接收到的的输出电压低的第三基准电压，施加到上述第二输出绝缘栅极型场效应管的栅极上，上述内部基准电压发生装置包括消除装置(Q4、Q5、Q41-Q43、Q46)，用于消除上述第一绝缘栅极型场效应管和上述第二输出绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压对上述内部电压值的影响。
14.一个内部电源电路，包括一个n沟道第一绝缘栅极型场效应管，在它的栅极处接受第一基准电压，以在源极跟随器方式传送，使得上述第一基准电压降低；一个耦连在电源结点(1)和内部电压输出结点(4)之间并工作在源极跟随器方式的n沟道第一输出绝缘栅极型场效应晶体管(Q2)，以及一个第一内部基准电压发生装置(T4、T5；10、20)，用于从上述第一绝缘栅极型场效应管传送的电压产生一个高于上述第一基准电压的第二基准电压，并施加到上述第一输出绝缘栅极型场效应管的栅极上，上述内部基准电压发生装置(10)包括装置(T4-T41)，用于消除上述第一绝缘栅极型场效应管和第一输出绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压对上述内部电压输出结点上的内部电压值的影响。
15.根据权利要求14的内部电源电路，其中，上述内部基准电压发生装置(10)包括一个工作在二极管方式的p沟道第一降低绝缘栅极型场效应管(T4)，用于接受并降低来自上述第一绝缘栅极型场效应管(T1)的输出电压；一个p沟道第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管(T7)，在它的栅极接受上述第一降低绝缘栅极型场效应管的输出电压，以在源极跟随器方式传送，以升高所接收的电压；和n沟道绝缘栅极型场效应管(T8、T9)，串联连接在上述第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管(T7)和第一输出绝缘栅极型场效应管的栅极之间，每个都工作在二极管方式，用于进一步升高由上述第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管传送的电压，并用于输出上述第二基准电压。
16.根据权利要求14的内部电源电路，其中上述内部基准电压发生装置(10)包括由多个p沟道绝缘栅极型场效应管(T4、T5)组成的第一电位降低装置(T4、T5)，它们串联连接在第一绝缘栅极型场效应管和第一内部结点之间，每个都工作在二极管方式，用于接收和降低来自上述第一绝缘栅极型场效应管的输出电压，并输出到第一内部节点；一个p沟道第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管(T7)，在它的栅极接受上述第一内部结点上的电压，以在源极跟随器方式传送，升高所接受的电压；和电位升高装置(T8-T10)它具有多个n沟道绝缘栅极型场效应管(T8，T9)和至少一个串联连接在第一输出绝缘栅极型场效应管(Q2)的栅极和上述第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管(T7)的源极之间的p沟道绝缘栅极型场效应管(T10)，且每个都工作在二极管方式，在上述电位升高装置中的p沟道绝缘栅极型场效应管(T10)的数目比包括在上述电位降低装置(T4、T5)中以二极管方式工作的多个p沟道绝缘栅极型场效应管(T4、T5)少一。
17.根据权利要求14的内部电源电路，其中，上述内部基准电压发生装置(T4、T5、12)包括多个p沟道绝缘栅极型场效应管(T4、T5)串联连接在上述第一绝缘栅极型场效应管(T1)和第一内部结点(N3)之间，每个都工作在二极管方式，用于降低从上述第一绝缘栅极型场效应管到上述第一内部结点上的输出电压；一个p沟道第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管(T7)，在它的栅极接受上述第一内部结点上的电压，以在源极跟随器方式传送，升高所接受的电压；多个二极管连接的n沟道绝缘栅极型场效应管(T8，T11)，彼此串联连接在第二内部结点(N8)和上述第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管(T7)之间，每个都工作在二极管方式，用于升高上述第一源极跟随器绝缘栅极型场效应管的输出电压；一个n沟道绝缘栅极型场效应管(T9)和一个p沟道绝缘栅极型场效应管(T10)彼此串联连接在上述第二内部结点和第三内部结点(N21)之间，且每个都工作在二极管方式；和一个n沟道绝缘栅极型场效应管(Q35)，在它的栅极接受上述第三内部结点处的电位，以在二极管方式传送，去产生上述第二基准电压。
18.根据权利要求14的内部电源电路，进一步包括一个p沟道第二输出绝缘栅极型场效应管(Q11)，连接在上述内部电压输出结点和接地结点之间，提供另一个电源电压；和第二内部基准电压发生装置(T4-T6、T41-T44、T46、20)，用于从上述第一绝缘栅极型场效应管(T1)接收到的输出电压产生一个比上述第二基准电压低的第三基准电压，以施加到上述第二输出绝缘栅极型场效应管的栅极上，上述第二内部基准电压发生装置包括消除装置(T4-T6、T41-T44、T46)，用于消除上述第一绝缘栅极型场效应管和上述第二输出绝缘栅极型场效应晶体管的阈电压对上述内部电压输出结点(4)上出现的电压值的影响。
19.根据权利要求14的内部电源电路，其中上述第一绝缘栅极型场效应管(T1)被耦连以接收高于上述电源结点(1)处电压的一个电压，且上述第一内部电压发生装置(T4、T6、10；T4、T6、12)被耦连以接收来自提供比上述电源结点处电压高的电压的结点(5)的电流。
全文摘要
一个内部电源电路，包括一个第一输出金属氧化物半导体晶体管(Q1)，用于传送第一基准电压(V
文档编号G05F1/46GK1156271SQ9610315
公开日1997年8月6日 申请日期1996年3月21日 优先权日1995年7月11日
发明者飞田洋一 申请人:三菱电机株式会社