专利名称：一种用于电压降低变换器中产生电流脉冲的改进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路，特别是涉及一种用于一MOSFET开关的调整电路。
通常，一半导体存储器件包括有用来存储多个二进制信息的存储块和用来驱动该存储块的存储器外围电路。该存储器件进一步包括有至少一个电压降低变换器，用来将一来自外部电源电路的电源电压转换为一所期望的电平并且将所转换的电压提供给包括该存储块和存储器件外围电路的一内部电路。这种降低变换对于保证通过提供一低功率工作的晶体管的可靠性是必须的。
因为在半导体器件中的各元件是微型化的(通常大约为0.5微米或更小)，所以如果使用全部供电电压去驱动它们则会大大降低晶体管的可靠性。金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET′S)的绝缘膜的击穿将会发生可靠性问题。
在电压降低转换器中产生电流脉冲的简单和部分有效的方式是使用一由一定时电路所控制的MOSFET开关。参见
图1，图1示出了用于一电压降低转换器的现有技术。MOSFET开关2具有连接在电源电压Vsup和位线高电压Vblh之间的它的源极和漏极。MOSFET开关2由一定时电路4控制。通常，MOSFET开关2通过定时电路4与读出放大器6同步。对于一予置的时间数该定时电路4接通MOSFET开关2。这就允许从节点Vsup流向节点Vblh一固定量的电荷。读出放大器6读出存储块的两条互补的位线8之间的电压差。当由读出放大器读出一差值时，二条位线中的一条处于高状态而另一条处于低状态。低状态通常为地电位而高状态为Vblh。理想的情况是在导通期间内流经MOSFET开关2的电荷量与由读出放大器6消耗的电荷量相同。
这种方案的缺点是该晶体管电流强烈的依赖于该电路的参量，特别是依赖于MOSFET开关2的阈值电压。VT的变化对由MOSFET开关2所产生的电流的影响是显著的。
晶体管的阈值电压是包括制造过程、对于源极和漏极的掺杂级等许多参量的一个函数。为了降低在MOSFET开关中阈值电压变化的影响，它必须对这些参量进行补偿。因此，必须要有一可用于考虑MOSFET开关的阈值电压的变化的改进电路。
一用于电子器件的电压变换电路包括有一用来向一电流输出节点提供电流脉冲的晶体管开关。该晶体开关具有一栅极和一接通阈值电压。一调整电路向该栅极提供一用来接通该晶体管开关的控制电压并且该调整电路包括用来补偿该晶体管开关的接通阈值电压的变化的装置。一定时器用来在一予置的时间间隔里启动该调整电路。
在一个实施例中，该晶体管开关是一金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在另一个实施例中，该调整电路包括有一其阈值电压基本上等于该晶体管开关的阈值电压的晶体管。该调整电路还包括一分压电路。该分压电路具有至少一个可被选定为调整该晶体管开关的栅极电压的电阻。在另一个实施例中，该分压电路包括至少一个具有基本上与晶体管开关有相同阈值电压的晶体管。
一用于半导体存储器件的调整电路包括有一第一节点、一用来连接到MOSFET开关的栅极的第二节点和一用来监视在第一节点上的电压变化和调整在第二节点上的电压以补偿流经该MOSFET开关的电流中的变化的与第一和第二节点相连的反馈电路。在另一个实施例中，该反馈电路进一步包括一差分放大器以向第一节点提供一基本恒定的电压，一电阻器被连接在第一节点和地之间从而使一恒定电流流经第一晶体管，该第一晶体管具有一与第二节点相连的栅极。第一晶体管和MOSFET开关可以都具有基本上与MOSFET开关相同的阈值电压的PMOSFET或NMOSFET。
在下面参照附图对最佳实施例的说明中将详细描述各个实施例。
图1示出了由定时电路所控制的一现有技术的MOSFET开关的示意图；图2示出了由一定时电路启动并连接到一MOSFET开关的一调整电路的示意图/框图；图3示出了与一MOSFET开关相连接的调整电路的一实施例的示意图4示出了加到一调整电路的多个串联晶体管的在图3中所示实施例的另一个实施例的示意图；图5示出了用于与MOSFET开关相连的差分放大器和反馈回路的调整电路的另一个实施例的示意图。
本发明描述了一种用于使由于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的阈值电压变化造成的影响减小的调整电路。该MOSFET开关包括一用来对于一予置时间间隔接通该开关的定时器。这对于诸如当一动态随机存取存储器(DRAM)芯片的读出放大器读出相应的位线对之间的一差分电压时是有用的。该开关连接在电源电压节点和一位线高电压节点之间。当该开关启动时，电流经过该开关流到与一对互补的位线相连接的读出放大器。
现在参照附图详细说明，在整个附图中相同的标号表示相似或相同的元件，首先来看图2，图2示出了本发明的一电路的框图。定时器电路传送来自定时器输出端26的一信号。调整电路14在调整电路输入端28与定时器输出端26相连。来自输出端26的信号启动调整电路14。调整电路14调整到一调整电路输出端24的电压。MOSFET开关12具有一连接到调整电路输出端24的一栅极22。当该调整电压加到栅极22时，电流流经开关12进入Vblh节点。Vblh提供给读出放大器6以驱动互补的位线对8中的一条位线为高。调整电路14被设计成提供给栅极22适当的电压以便在启动期间允许一予置的电流量流经MOSFET开关12以向读出放大器6提供足够的电流。虽然示出了PMOSFET、MOSFET开关，但还可以是一NMOSFET。
参见图3，图3示意性地说明了根据本发明的一个实施例的一调整电路114。调整电路114具有一来自定时器电路16的输入端128。输入端128被连接到例如一MOSFET的晶体管140的栅极139。晶体管140起用于该调整电路114的启动开关的作用。当从定时器电路16接收到该适当的信号时，栅极128被启动以允许电流流经晶体管140。晶体管140具有与地143相连的漏极141和与节点138相连的源极145。电阻R2连接在节点128和节点124之间。节点124与一晶体管132相连，该晶体管最好是一PMOSFET。晶体管132具有一源极144、一栅极134和一漏极136。栅极134和漏极136都被连接到节点124。电阻R1连接在晶体管132的源极144和节点142之间。节点142是处于电源电压Vsup电位上。
节点124被连接到晶体管开关112的栅极122。晶体管开关112最好是MOSFET。晶体管开关具有一源极111和一漏极113。漏极113连接到Vblh节点，而源极连接到保持在电源电压Vsup电位的节点118。最好是开关112具有与晶体管134相同的类型，两个晶体管均是PMOSFET或两个晶体管均是NMOSFET。最好是，晶体管134和晶体管开关112可以共享用于它们各自源极和漏极的相同被掺杂的区域。在这种方式中对于晶体管132和晶体管开关112来说跨越该晶体管(一晶体管的源极和漏极之间的电压差)的该阈值电压VT是相同的。
电阻R1和R2和晶体管132起分压电路的作用。定时电路16将一启动信号传送到向栅极139提供一电压的输入端128。这就允许电流从节点138流到地143。这个电流流经电阻R1而在电阻R1上形成一电位降。这个电压被提供给晶体管132的栅极134同样允许电流流经电阻R2。在节点124处的电压可按下式计算Vnode124=Vsup-VTR1+R2×R2]]>Vnode124是提供给栅极122的电压。该提供给栅极的电压足以允许电流从源极111流到漏极113。在它们的启动期间流经开关112的充电电流足以启动读出放大器的工作是很重要的。由此，提供给该栅极的电压要足够地高以实现这个目的。因为晶体管132和开关112共享用于它们各自的源极和漏极的相同的掺杂区域，所以经过晶体管的任何阈值电压VT的变化也是相同的。例如，如果晶体管134和开关112的阈值电压增加，则从源极流到漏极的它们的电流就要减少。因此，在节点处的电压根据下式变化Vnode124+ΔVnode124=Vsup-(VT+ΔVT)R1+R2×R2]]>其中ΔVnode124表示在增加阈值电压VT之前该电压与变化电压的差；和ΔVT表示晶体管阈值电压VT的增加。
开关112的栅极电压被减小并由此而使得从源极111流到漏极113的电流增加。这二个效果的组合使得阈值电压的变化对流经开关112的电流的影响减小。电压Vnode124的值可通过标定电阻R1和R2的值来控制。
参见图4，图4示出了包括增加晶体管以进一步减小阈值电压的变化对开关112的影响的调整电路的另一实施例。在电阻R1和节点224之间串接有标记为FET1至FETn的多个晶体管。每一个晶体管最好是与晶体管开关212有相同的类型，即所有晶体管均是PMOSFET或均是NMOSFET。多个晶体管FET1至FETn的每一个具有连接到它的栅极的漏极。最好是该晶体管FET1至FETn的所有源极和漏极共享对于它们各自源极和漏极的相同的掺杂区域，这样对于每一个晶体管来说加到晶体管上的任何阈值电压VT的变化都是相同的。在开关212上的补偿效果增加。这就意味着在节点224上的电压能更可靠地实现通过开关224的电流比更有效和可重复。如果n用来表示所使用的晶体管数，则在节点224处的电压可根据下面等式来计算Vnode224+ΔVnode224=Vsup-(VT+(n×ΔVT))R1+R2×R2]]>这里ΔVnode224表示在增加阈值电压VT之前变化电压与该电压的差；n是串联引入的晶体管数；和ΔVT表示晶体管阈值电压VT的增加。
参见图5，图5示出了包括有二级差分放大器310的一调整电路314的另一实施例。到差分放大器310的一输入端346是处于参考电压VREF。在节点326处差分放大器310保持电压VREF′。反馈电路354包括差分放大器310的晶体管342、晶体管332、晶体管330和节点352、节点326和节点324。因为在节点326处的电压通过差分放大器310而保持恒定，所以通过电阻R3的电流是恒定的。I2=VREF′/R3。
晶体管332被用来跟踪阈值电压VT的变化并且相应地调整在节点324处的电压。晶体管332具有一源极334、栅极336和漏极328。漏极328与节点326相连而栅极336与节点324相连。晶体管330连接节点350到节点324以接通反馈电路354。晶体管330具有连接到节点350的栅极338和连接到节点324的漏极340。例如，如果晶体管332的阈值电压增加，则为了在节点326保持恒定电压V′REF(I2=V′REF/R3)而减小在节点324处的电压。反馈回路354调整栅极336的电压以维持I2恒定。这就意味着在节点324处的电压补偿了晶体管332中的阈值电压的变化，在节点324处维持一预定的电压。电阻R4保持通过从晶体管330流向地的电流提供调整的在节点324处的电压。
晶体管332和晶体管开关312是相同类型，即所有均是PMOSFET，或所有均是NMOSFET。这样在开关312可实现跟踪阈值电压变化。最好是晶体管332和晶体管开关312作成共享该芯片的相同掺杂区域。希望在晶体管332和晶体管开关312中达到同样的电流密度。对于这些晶体管该跃迁电压因此几乎相同，因而阈值电压变化可以更为准确地被跟踪。
晶体管328从定时器电路16接收一启动信号而开始该启动周期，在该周期内电流从VSUP流经晶体管开关312。节点324连接到开关312的栅极309。这就允许电流从Vsup流向Vblh。因为在节点324上的电压被补偿，所引起的阈值电压的变化减小，因而改善了开关312的性能和效率。
虽然依据几个示例性的实施例对本发明作了说明，但所存在的变换、置换和等效均落入本发明的范围之内。还应注意的是还有许多实施本发明处理的不同方式。因此权利要求解释为包括所有这样的变换、置换和等效均是在本发的精神和范围之内。
权利要求
1．一种电压变换电路包括一晶体管开关，用来向电流输入节点提供电流脉冲，该晶体管开关具有一栅极和一导通阈值电压；一调整电路，用来向该栅极提供一被控制的电压用于导通该晶体管开关并具有用于补偿在该晶体管开关的导通阈值电压处的变化的装置；和一定时器，用于对于一予置的时间间隔启动该调整电路。
2．如权利要求1的电压变换电路，其中该晶体管开关是MOSFET。
3．如权利要求1的电压变换电路，其中该调整电路包括一所具有的导通阈值电压基本上等于该晶体管开关的导通阈值电压的晶体管。
4．如权利要求1的电压变换电路，其中该调整电路包括一分压电路。
5．如权利要求1的电压变换电路，其中该分压电路具有至少一个可以被选定以调整晶体管开关的栅极电压的电阻。
6．如权利要求4的电压变换电路，其中该分压电路包括至少一个其阈值电压基本上与该晶体管开关的阈值电压相同的晶体管。
7．如权利要求4的电压变换电路，其中该分压电路包括至少一个具有一源极和一漏极的晶体管，和该晶体管开关具有一源极和一漏极，其中该源极和漏极共享掺杂区域。
8．一种包括一调整电路的半导体存储器，其中该调整电路包括一第一节点；一第二节点，用于连接到MOSFET开关的栅极；一反馈电路，被连接到第一和第二节点，用于监视在第一节点处的电压变化和调整第二节点处的电压以补偿流经MOSFET开关的电流的变化。
9如权利要求8的半导体存储器，其中该反馈电路进一步包括一差分放大器以向第一节点提供一基本恒定的电压，一连接在第一节点和地之间的电阻使得一恒定电流流经第一晶体管，该第一晶体管具有连接到第二节点的栅极。
10．如权利要求9的半导体存储器，其中第一晶体管和MOSFET开关是PMOSFET。
11．如权利要求9的半导体存储器，其中第一晶体管和MOSFET开关是NMOSFET。
12．如权利要求9的半导体存储器，其中第一晶体管具有的阈值电压基本上等于MOSFET开关的阈值电压。
13．如权利要求9的半导体存储器，其中第一晶体管具有一源极和一漏极，该MOSFET开关具有一源极和一漏极，其中所说源极和漏极共享掺杂区域。
14．一种半导体存储器件电压降低变换器包括第一节点，具有通过一差分放大器提供的一参考电压；第一晶体管，具有连接到第二节点的栅极，第二节点连接到MOSFET开关的栅极；第一电阻，被连接在第一晶体管的漏极和地之间，从而使恒定电流流经第一电阻和第一晶体管；反馈电路，用来监视在第一节点处的电压变化和调整在第二节点处的电压，以便补偿MOSFET开关的阈值电压的变化。
15．如权利要求14的半导体存储器件电压降低变换器，其中第一晶体管和MOSFET开关是PMOSFET。
16．如权利要求14的半导体存储器件电压降低变换器，其中第一晶体管和MOSFET开关是NMOSFET。
17．如权利要求14的半导体存储器件电压降低变换器，其中第一晶体管具有的阈值电压基本上等于MOSFET开关的阈值电压。
18．如权利要求14的半导体存储器件电压降低变换器，其中第一晶体管具有源极和漏极，MOSFET开关具有源极和漏极，其中所述源极和漏极共享掺杂区域。
全文摘要
一种用于一电子器件的电压变换电路包括有用于向一电流输入节点提供电流脉冲的一晶体管开关。该晶体管开关具有一栅极和一导通阈值电压。一向该栅极提供一被控制电压用于导通该晶体管开关的调整电路和该调整电路包括一用于补偿该晶体管开关的导通阈值电压的变化的子电路。一定时器用于对于预定的时间间隔启动该调整电路。
文档编号G05F1/46GK1212507SQ98118870
公开日1999年3月31日 申请日期1998年9月4日 优先权日1997年9月25日
发明者奥利弗·温弗特纳 申请人:西门子公司