专利名称：输入/输出电压检测型衬底电压发生电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输入/输出电压检测型衬底电压发生电路，具体说来，涉及一种改进的输入/输出电压检测型衬底电压发生电路，其通过对数据输入/输出端的输入电位进行检测而改变衬底电压发生电路的驱动能力，能够有效地防止衬底电位提高。
图1表示常规衬底电压发生电路的方框图。如图所示，常规的衬底电压发生电路包括一检测衬底40电压用的衬底电压传感器10；一受衬底电压传感器10和外部的行址选通(RAS)信号驱动的振荡器20，以及用来根据振荡器20的输出泵激电荷并将该电荷供给衬底40的电荷泵30。
图2表示该常规衬底电压发生电路的电路原理图。如图所示，衬底电压传感器10包括串联在电源电压VCC和衬底电压VBB之间的PMOS晶体管11和NMOS晶体管12和13；以及将来自PMOS晶体管11和NMOS晶体管12的漏极之间共联节点“a”的输出倒相用的反相器14。PMOS晶体管11的源极和本体区(body region)共联，如同NMOS晶体管13的栅极和漏极一样。
PMOS晶体管11和NMOS晶体管12的栅极与接地电压VSS共联。
振荡器20包括“与非”门21，用来对外加的RASB信号和来自衬底电压传感器10中反相器14的输出进行与非运算；彼此级联的“与非”门22，23和24，其中每一“与非”门均接收“与非”门21的输出；以及串联在一起的反相器25和26，依次用于将来自“与非”门24而且又被反馈进入“与非”门22另一输入端的输出倒相。
电荷泵30则包括PMOS晶体管泵激电容器31，其本体与VCC相联，其源极和漏极在节点“b”处与振荡器20中反相器26的输出共联，以便根据来自振荡器20的反相器26的时钟信号泵激VCC或-VCC；NMOS晶体管32，用于将来自PMOS晶体管泵激电容器31栅极的输出放电至VSS节点，且被配置成象二极管一样工作；以及NMOS晶体管33，用来将被泵激的电荷发送给衬底电压VBB节点。
现在将参照附图解释该衬底电压发生电路的工作。
首先，衬底电压传感器10中输出节点“a”处的电位，根据衬底电压VBB的变化被确定如下。
也就是说，当VSS＞VBB+2Vtn(其中VBB表示衬底电压，而且Vtn表示NMOS晶体管的阈值电压)时，NMOS晶体管12和13被导通，因而通过一电流I1，从而使输出节点“a”处的电位下降到反相器14的逻辑阈值点，而且反相器14的输出变成高电平。
当VSS＜VBB+2Vtn时，输出节点“a”处的电位被提升到VCC，而且反相器14的输出变成低电平。
如图3C所示当衬底的电压为0伏时，输出节点“a”处的电位被提升到VCC，如图3B所示，而且反相器14的输出变成低电平。
因此，当低电平的RASB信号从外部输入时，或者当衬底电压VBB提高即由衬底电压传感器10输出一低电平信号时，振荡器20工作。所以，振荡器20将输出一具有预定周期的脉冲信号“b”，如图3A所示。
电荷泵30则根据来自振荡器20中节点“b”的时钟信号泵激电荷，并将如此被泵激的电荷输出给衬底电压VBB节点，从而使提高的衬底电压VBB下降。
即，当电平为VCC的时钟信号由节点“b”输入时，电荷泵30中的泵激电容器31便将节点“C”处的电位泵激到电平VCC。与此同时，由于NMOS晶体管32的漏极和栅极是互联的，故此NMOS晶体管32根据被泵激的电压VCC被接通。
因此，在节点“c”处被泵激到VCC的电位将被放电到VSS节点，直到其电位到达NMOS晶体管32的阈值电压Vt1为止。
当来自振荡器20中节点“b”的时钟信号为低电平时，泵激电容器31将节点“c”处的电位泵激到-VCC。首先，节点“c”处的电位由于NMOS晶体管32上的阈值电压Vt1而下降到-Vcc+Vt1，并在NMOS晶体管33上提高到阈值电压Vt2，因而变成-Vt2。与此同时，衬底电压VBB为0伏。
电荷泵30根据来自振荡器20的时钟信号重复进行泵激操作。当节点“c”的电位变成-Vcc+Vt1+Vt2时，便获得VSS＞VBB+Vt1+Vt2，而且NMOS晶体管12和13被接通。振荡器20不受来自衬底电压传感器10的高电平信号控制，而且此泵激操作便停止。图4表示常规的数据输入/输出端子。
如图所示，常规的数据输入/输出端子包括“与非”门34和35，其中每一“与非”门的一输入端接收使能信号EN，且其另一输入端分别接收输出数据DO和DOB；反相器36和37，分别用来将“与非”门34及35的输出倒相；以及串联在电源电压VCC和接地电压VSS之间的NMOS晶体管38和39，它们的栅极分别接收反相器36和37的输出。
NMOS晶体管38和39的本体区是和衬底电压VBB相联的。
在此数据输入/输出端子按数据写入方式工作期间，当输入到数据输入/输出该端子的低电平电压由于噪声等等因素下降到-Vtn以下时，NMOS晶体管38被导通，而且电源Ids从VCC流向输入/输出端I/O。
因而便产生衬底电流Isub，并由于电流Ids的作用通过本体区注入部供给衬底，从而使衬底电压提高。
然而在常规的衬底电压发生电路中，衬底电压发生电路根据衬底电压检测信号或外加的RAS信号驱动，然后将电荷供给衬底。与此同时，当以数据输入/输出端的电流Isub为基础提高该衬底电压发生电路的驱动能力时，其驱动能力在正常工作区中可能过分提高，而且耗电量可能增加。
除此而外，相对于以数据输入/输出端的电流变化为基础的衬底电压变化来说，这种衬底电压发生电路是不稳定的。
因此，本发明的目的在于提供一种输入/输出电压检测型衬底电压发生电路，它能够克服常规技术中遇到的上述难题。
本发明的另一个目的，在于提供一种改进的输入/输出电压检测型衬底电压发生电路，它通过对数据输入/输出端的输入电位检测而改变衬底电压发生电路的驱动能力，能够有效地防止衬底电位提高。
为了达到上述目的，根据本发明第一实施例提供的输入/输出电压检测型衬底电压发生电路包括一可变周期型振荡器，用来接收第一、第二和第三信号作为输入及改变其周期；以及一电荷泵，用来根据一驱动信号将电荷泵激给衬底，该驱动信号就是此可变周期型振荡器的输出信号。
为了达到上述目的，根据本发明第二实施例提供的输入/输出电压检测型衬底电压发生电路包括一衬底电压传感器，用来检测衬底电压；一数据I/O电压检测单元，用来检测数据I/O端子的电压；一按照RASB信号或者衬底电压传感器的输出信号受到驱动的可变周期型振荡器，用来根据数据输入/输出电压检测单元的输出信号改变驱动信号的周期；以及一电荷泵，用来根据受控驱动信号的周期将电荷泵给衬底。
本发明的更多优点、目的和特性，由以下的描述将变得更加清楚。
从以下所作的详细描述和附图中将能更充分地理解本发明，而给出这些附图仅为了说明的目的，因而不是对本发明的限定，其中，图1为表示常规衬底电压发生电路的方框图；图2为表示常规衬底电压发生电路的详细电路图；图3A至3C为图2中电路的电压波形图；图4为表示常规数据输入/输出端子的电路图；图5为表示根据本发明的输入/输出电压检测型衬底电压发生电路的方框图；图6为表示图5电路中数据输入/输出电压检测单元的详细电路图，以及图7为表示图5电路中可变周期型振荡器的详细电路图。
图5表示根据本发明的输入/输出电压检测型衬底电压发生电路。
在本发明中，除了图1表示的常规电路中的衬底电压传感器10和电荷泵30之外，进一步提供有数据输入/输出电压检测单元100，用来检测数据输入/输出端子的电压；以及可变周期型振荡器200，用来接收外加的RASB信号和来自数据输入/输出电压检测单元100及衬底电压传感器10的输出，并且改变其时钟信号的周期。
如图6所示，数据输入/输出电压检测单元100包括-PMOS晶体管49，其源极与接地电压VSS相连接，其栅极与数据输入/输出端子相连接，漏极与其衬底本体区相连接；由PMOS晶体管51和NMOS晶体管52组成的第一CMOS反相器，用来接收经过节点“d”的来自PMOS晶体管49的漏极电压；由PMOS晶体管54和NMOS晶体管55组成的第二CMOS反相器，用来接收由晶体管51和52组成的第一CMOS反相器的输出；以及由晶体管56和57组成的第三CMOS反相器，用来接收第二CMOS反相器54及55的输出并且输出一个检测信号SE。
如图7所示的可变周期型振荡器200，包括第一传输门61和第二传输门62，它们可以根据来自数据输入/输出电压检测单元100的检测信号SE和来自反相器69的被倒相的检测信号进行工作；一“与非”门63，用来对衬底电压传感器10的输出信号和外部输入的RASB信号进行“与非”运算；一个第四CMOS反相器64，用来将通过第一传输门61输入的驱动信号DRV的信号电平倒相；一个第五CMOS反相器65和一个第六CMOS反相器66，受来自“与非”门63的输出信号驱动，依次将来自CMOS反相器64的输出信号倒相并输出一新的驱动信号；用来将驱动信号DRV的信号电平倒相的第七CMOS反相器67；以及第八CMOS反相器68，用来将第七CMOS反相器67的输出信号倒相，并且将被倒相的输出信号通过第二个传输门62传送给第四CMOS反相器64作为其输入。
第四、第七和第八CMOS反相器64、67和68，是由串联在电源电压VCC和接地电压VSS之间的PMOS晶体管和NMOS晶体管组成的，它们的栅极共连在一起。第五和第六CMOS反相器65和66，其中每一反相器均包括两个PMOS晶体管和两个NMOS晶体管，这些PMOS晶体管的相应栅极相连，分别接收“与非”门63的输出信号和来自前一级的CMOS反相器的输出信号，且其漏极共连在一起；两个NMOS晶体管被串联在PMOS晶体管的漏极和接地电压VSS之间，其栅极分别相连，以分别接收“与非”门63的输出信号和前一极CMOS反相器的输出信号。
现在将对本发明的数据输入/输出电压检测型衬底电压发生器的运作进行解释。
首先，当数据输入/输出端子的电位降到预定的电平以下时，数据输入/输出电压检测单元100输出一高电平的检测信号SE；当数据输入/输出端子的电位高于预定的电平时，该电压检测单元100输出一低电平的检测信号SE，而且衬底电压传感器10对于衬底电压VBB进行检测。
因此，可变周期振荡器200是由衬底电压传感器10的输出信号驱动的，并根据来自数据输入/输出电压检测单元100的输出电平加长或者缩短对于电荷泵30驱动信号DRV的周期，从而控制电荷泵30的泵激，以便有可能防止衬底电压在短时间内升高。
也就是说，当图6所示数据输入/输出端的电位降到-Vtp时(Vtp表示PMOS晶体管49的阈值电压)，此PMOS晶体管49被导通，因而流过电流I2。与此同时，NMOS晶体管42，44和48以及PMOS晶体管41，43，45，46和47保持在闭合状态。
因此，当节点d处的电位降低而且PMOS晶体管51被接通时，NMOS晶体管55和PMOS晶体管56依次被接通，并且在高电平的电源电压VCC下通过输出端输出一高电平的检测信号SE。
此外，当数据输入/输出端子的电位超过-Vtp时，通过输出端输出一低电平的检测信号SE。
当数据输入/输出端的电位降到-Vtp而且高电平的检测信号SE由数据输入/输出电压检测单元100中输出时，如图7所示，第一传输门61被导通，而且来自可变周期振荡器200的驱动信号DRV的确定周期的通道便按照三列结构形成，即由第四、第五和第六CMOS反相器64，65和66形成，从而使该衬底电压发生电路的驱动能力提高。
此外，当输入一低电平的外部RASB信号或者衬底电压VBB提高(即当由衬底电压传感器10输出一低电平信号时)时，“与非”门63将输出一高电平信号，从而驱动第五和第六CMOS反相器65和66。
因此，保持高电平或者低电平的驱动信号DRV，通过第一传输门61依次被第四、第五和第六CMOS反相器64，65和66倒相，然后输出，从而使该驱动信号DRV的周期缩短。
反之，当数据输入/输出端的电位超过-Vtp而且低电平的检测信号SE由数据输入/输出电压检测单元100中输出时，第二传输门62被导通，而且来自可变周期振荡器200的驱动信号DRV的确定周期的通道便按照五列结构形成，即由第四、第五、第六、第七和第八CMOS反相器64，65，66，67和68来形成。
因此，保持为高电平或者低电平的驱动信号DRV，将通过第二传输门62依次被第四、第五、第六、第七和第八CMOS反相器64，65，66，67和68倒相并且输出，从而使驱动信号DRV的周期延长(拉长)。
此后，当驱动信号DRV的周期根据来自可变周期振荡器200的驱动信号DRV变短时，电荷泵30将提高泵激的电荷数，且当周期变长时，将减少泵激的电荷数。
最后，在本发明中，当衬底电压开始升高时，来自可变周期振荡器200的驱动信号DRV的周期缩短，从而使单位时间内泵激的电荷的次数提高，由此可能防止衬底电压升高。
如上所述，在本发明中，该衬底电压发生电路是根据外部输入的RASB信号或者衬底电压(VBB)检测信号被驱动的，仅当数据输入/输出端子的电位下降时该电压发生电路的驱动能力才提高，从而使该电路对于降低电耗量更加有效。
此外，有可能更加迅速地解决衬底电压由于数据输入/输出端电位变化而发生变化的问题，并且直接通过检测该数据输入/输出端的电位和根据变化了的驱动信号控制电荷泵激操作的次数，能将升高的衬底电压稳定。
尽管本发明的最佳实施例是为了说明目的进行公开的，然而本领域的技术熟练人员将会理解，各种变换、增加和替换都是可能的，而不离开本发明所附权利要求中列举的范围和精神。
权利要求
1.一种数据输入/输出检测型衬底电压发生电路，它包括一可变周期型振荡器，用来接收第一、第二和第三信号作为其输入信号及改变它们的周期，以及一电荷泵，用来根据来自可变周期型振荡器的驱动信号输出将电荷泵给衬底。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述第一、第二和第三信号分别为RASB信号、衬底电压检测信号和数据输入/输出电压检测信号。
3.如权利要求1所述的电路，其中当第一和第二个信号为低电平时所述的可变周期型振荡器被驱动。
4.如权利要求1所述的电路，其中所述的可变周期型振荡器根据第三个信号改变该驱动信号的周期。
5.如权利要求4所述的电路，其中当第三个信号为高电平而不是低电平信号时该驱动信号的周期比较短。
6.如权利要求5所述的电路，其中所述的驱动信号，当第三个信号为低电平时通过一五列结构的确定周期通道被输出，其中的五个CMOS反相器串联在一起；当第三个信号为高电平时，上述驱动信号由一三列结构的确定周期通道中输出，其中的三个CMOS反相器串联在一起。
7.如权利要求2所述的电路，其中所述的第三个信号，当数据输入/输出电压被检测为低于PMOS晶体管的负阈值电压时为高电平检测信号，当数据输入/输出电压被检测为高于PMOS晶体管的负阈值电压时为低电平检测信号。
8.如权利要求2所述的电路，其中所述的第三个信号是从一组器件输出的，这组器件包括PMOS晶体管，其源极与接地电压连接，其栅极与数据输入/输出电压连接，其漏极与衬底连接；第一CMOS反相器，用来接收PMOS晶体管的漏极电位；第二CMOS反相器，用来接收第一CMOS反相器的输出；以及第三CMOS反相器，用来接收第二CMOS反相器的输出。
9.如权利要求2所述的电路，其中所述的可变周期型振荡器包括一接收第一和第二信号用的“与非”门；能够根据第三信号和由反相器倒相过的第三信号进行工作的第一和第二传输门；接收来自第一和第二传输门的输出的第一CMOS反相器；根据来自“与非”门的控制信号将第一CMOS反相器的输出倒相用的第二CMOS反相器；根据来自“与非”门的控制信号将第二CMOS反相器的输出倒相用的第三CMOS反相器；用于接收第三CMOS反相器的输出的第四CMOS反相器，以及第五CMOS反相器，用来接收第四CMOS反相器的输出，从而使第一和第二传输门能够接收第三和第五CMOS反相器的输出，而且来自第三CMOS反相器的输出变成驱动信号。
10.一种数据输入/输出检测型衬底电压发生电路，它包括用于检测衬底电压的衬底电压传感器；用于检测数据输入/输出端电压的数据输入/输出电压检测单元；一按照一个或多个行址选通(RASB)信号和衬底电压传感器的输出信号受到驱动的可变周期型振荡器，用来根据数据输入/输出电压检测单元的输出信号改变驱动信号的周期，以及一电荷泵，用来根据如此受控的驱动信号的周期将电荷泵给衬底。
11.如权利要求10所述的电路，其中在上述可变周期型振荡器中，当来自数据输入/输出电压检测单元的检测信号为高电平时，驱动信号的周期比较短。
全文摘要
本发明公开一种改进的输入/输出电压检测型衬底电压发生电路,它通过检测数据输入/输出端的输入电位而改变衬底电压发生电路的驱动能力,能够有效地防止衬底电位提高。该电路包括:一可变周期型振荡器,用来接收第一、第二和第三个信号作为输入并改变其周期;以及一电荷泵,用来根据一驱动信号将电荷泵给衬底,该驱动信号就是来自可变周期型振荡器的输出信号。
文档编号H02M3/07GK1197332SQ9711905
公开日1998年10月28日 申请日期1997年10月17日 优先权日1997年4月22日
发明者许英道 申请人:Lg半导体株式会社