Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung, mit der integrierte Schaltungen betreibbar sind.
Mit zunehmender Integrationsdichte bei integrierten Schaltungen nehmen die Abmessungen der integrierten Bauteile immer kleinere Werte an. Insbesondere bei Halbleiterspeichern, bei denen die Speicherkapazität und damit die Anzahl der Speicherzellen immer weiter vorangetrieben wird, ist ein geringer Platzbedarf pro Speicherzelle von großer Bedeutung.
Die höhere Integrationsdichte führt jedoch dazu, daß im Vergleich zu Speichern geringerer Integrationsdichte die elektrische Feldstärke an den einzelnen Bauteilen der integrierten Schaltung, zum Beispiel an den Gateoxiden von Transistoren, größer ist. Somit steigt auch der Streß, der auf die Bauteile ausgeübt wird und führt zu einem Anwachsen der Ausfallzahlen. Um dies zu vermeiden, werden die Zellenfelder von Halbleiterspeichern mit einer internen Versorgungsspannung betrieben. Diese liegt in der Regel unterhalb der externen Versorgungsspannung, mit der die außerhalb der Zellenfelder liegende äußere Schaltung betrieben wird. So wird beispielsweise für das Zellenfeld die Spannung der äußeren Schaltung von 5 V auf die interne Versorgungsspannung von 3,3 V herabgesetzt. Zur Herabsetzung der Spannung sind verschiedene Schaltungen bekannt.
Die Abhängigkeit der Lebensdauer des Zellenfeldes von der anstehenden internen Versorgungsspannung und dem daraus resultierenden elektrischen Feld macht man sich beim sogenannten Burn-In-Test zunutze. Dabei wird das Zellenfeld mit einer höheren Spannung als der zum ordnungsgemäßen Betrieb verwendeten internen Versorgungsspannung betrieben. Durch die sich ergebenden Ausfälle der Speicher ist eine Qualitätskontrolle möglich.
Von außen kann an den Halbleiterspeicher nur die externe Versorgungsspannung angelegt werden. Die interne Versorgungsspannung, die möglichst konstant und unabhängig von äußeren Störeinflüssen sein soll, wird von einem eigens dafür vorgesehenen Spannungsgenerator erzeugt. Da die interne Versorgungsspannung von dem Spannungsgenerator auf einen bestimmten Wert geregelt wird, führt eine Erhöhung der externen Versorgungsspannung nicht gleichfalls zu einer Erhöhung der internen Versorgungsspannung. Mit herkömmlichen Spannungsgeneratoren ist deshalb die Durchführung des Burn-In-Tests nicht möglich.
Aus der DE 42 26 048 A1 ist ein Spannungsgenerator bekannt, der, solange die externe Versorgungsspannung unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, eine geregelte und konstante interne Versorgungsspannung liefert. Überschreitet die externe Versorgungsspannung diesen bestimmten Wert, so wächst die interne Versorgungsspannung mit der externen Versorgungsspannung an. Das wird dadurch erreicht, daß einem die interne Versorgungsspannung erzeugenden Regelkreis, je nach dem, ob die externe Versorgungsspannung unterhalb oder oberhalb dieses bestimmten Wertes liegt, entweder eine konstante Vergleichsspannung oder die externe Versorgungsspannung zugeführt wird.
Nachteil dieses Spannungsgenerators ist es, daß eine relativ aufwendige Vorrichtung zum Burn-In-Test, in der Halbleiterspeicher mit diesem Spannungsgenerator geprüft werden sollen, notwendig ist. Denn um die Halbleiterspeicher einem definierten Streß auszusetzen, muß die externe Versorgungsspannung auf einem ganz bestimmten Wert, der dazu möglichst konstant sein soll, gehalten werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung anzugeben, mit der auf einfache Weise eine definierte überhöhte interne Versorgungsspannung bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die überhöhte interne Versorgungsspannung gegenüber Schwankungen der externen Versorgungsspannung unempfindlich ist. Die Prüfung der Halbleiterspeicher, in die die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung integriert ist, stellt an eine Prüfvorrichtung, z. B. zur Durchführung des Burn-In-Tests, nur geringe Anforderungen.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Die Figuren 1a und 1b zeigen typische Verläufe der internen Versorgungsspannung von Spannungsgeneratoren nach dem Stand der Technik in Abhängigkeit von der externen Versorgungsspannung. Nach einem linearen Anstieg der internen Versorgungsspannung bleibt diese innerhalb eines gewissen Bereiches der externen Versorgungsspannung konstant. Ab einem bestimmten Wert der externen Versorgungsspannung folgt die interne Versorgungsspannung der externen Versorgungsspannung. Dabei ist es möglich, daß ab diesem Wert, wie in Figur la dargestellt, die interne Versorgungsspannung mit der externen Versorgungsspannung identisch ist oder, wie in Figur 1b gezeigt, linear mit der externen Versorgungsspannung ansteigt.
Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung der internen Versorgungsspannung VCCint. Einer Vergleichseinrichtung VE werden eine Referenzspannung VReferenz, die ein Referenzspannungsgenerator RG erzeugt, und die externe Versorgungsspannung VCCext zugeführt.
Der Ausgang der Vergleichseinrichtung VE ist mit dem Steueranschluß eines steuerbaren Widerstandes P10 verbunden. Der steuerbare Widerstand P10 ist zudem an der externen Versorgungsspannung VCCext und an einem Anschluß, an dem die interne Versorgungsspannung VCCint abgreifbar ist, angeschlossen. Die externe Versorgungsspannung VCCext wird mit der Referenzspannung VReferenz verglichen und der steuerbare Widerstand P10 so angesteuert, daß die interne Versorgungsspannung VCCint den Wert der Referenzspannung VReferenz oder einen Wert, der der Referenzspannung VReferenz proportional ist, annimmt.
Der Referenzspannungsgenerator RG weist eine erste Spannungsquelle VREF1 und eine zweite Spannungsquelle VREF2 auf. Beide Spannungsquellen VREF1, VREF2 sind mit der externen Versorgungsspannung VCCext verbunden. Sie sind beispielsweise jeweils aus einer Doppelstromspiegelschaltung aufgebaut. Der Ausgang der ersten Spannungsquelle VREF1 ist mit dem einen kanalseitigen Anschluß eines ersten Schalttransitors P1 verbunden. Ebenso ist der Ausgang der zweiten Spannungsquelle VREF2 mit dem einen kanalseitigen Anschluß eines zweiten Schalttransitors N1 verbunden. Die anderen kanalseitigen Anschlüsse der Schalttransistoren N1 und P1 sind zusammengeschaltet und bilden den Ausgang des Referenzspannungsgenerators RG. An diesem Ausgang steht die Referenzspannung VReferenz an.
Die Steueranschlüsse der Schalttransistoren N1 und P1 sind miteinander verbunden und an den Ausgang eines Inverters INV angeschlossen. Der Eingang des Inverters INV liegt an einem ersten Schaltungsknoten K1. Zwischen dem Schaltungsknoten K1 und einem Bezugspotential VSS liegt ein Widerstand R. Dieser Widerstand R kann beispielsweise durch einen Feldeffekt-Transistor gebildet werden. Zwischen der externen Versorgungsspannung VCCext und dem ersten Schaltungsknoten K1 ist die Kanalseite eines dritten Schalttransistors P2 geschaltet. Der Steuereingang des dritten Schalttransistors P2 ist mit einem zweiten Schaltungsknoten K2 verbunden. Zwischen dem zweiten Schaltungsknoten K2 und dem Bezugspotential VSS liegt eine Diodenkette DK. Die Diodenkette DK besteht aus wenigstens einer Diode. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt die Diodenkette 6 als Dioden geschaltete Transistoren (P3 bis P8).
Der zweite Schaltungsknoten K2 ist zudem über die Kanalseite eines vierten Schalttransistors P9 mit der externen Versorgungsspannung VCCext verbunden. Der Steuerkontakt des vierten Schalttransistors P9 ist mit der ersten Spannungsquelle VREF1 verbunden. Dem Steueranschluß des vierten Schalttransistors P9 ist eine der externen Versorgungsspannung VCCext proportionale Spannung aufgeschaltet, die in der ersten Spannungsquelle VREF1 bereitgestellt ist.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird nachfolgend anhand von zwei Fällen, die sich aus verschiedenen Werten für VCCext ergeben, erläutert.
Liegt der Betrag der Versorgungsspannung VCCext unterhalb eines bestimmten Grenzwertes, beispielsweise auf der üblichen Betriebsspannung des Speichers, so liegt der Schaltungsknoten K2 auf niedrigem Potential. Der Schalttransistor P2 schaltet durch und der Schaltungsknoten K1 nimmt ein höheres Potential an, als das Bezugspotential VSS. Das ist gleichbedeutend damit, daß am Eingang des Inverters INV ein Signalwert HIGH anliegt. Der Ausgang des Inverters INV nimmt folglich den Signalwert LOW an, wodurch der erste Schalttransistor P1 durchgeschaltet und der zweite Schalttransistor N1 gesperrt wird. Die Referenzspannung VReferenz nimmt somit den Wert der Spannung der ersten Spannungsquelle VREF1 an.
Steigt die externe Versorgungsspannung VCCext weiter an, so wächst auch das Potential am Schaltungsknoten K2 an. Erreicht die externe Versorgungsspannung VCCext den Grenzwert, so sperrt der Schalttransistor P2 und der Schaltungsknoten K1 nimmt ein Potential an, das nur wenig über dem Bezugspotential VSS liegt. Das entspricht einem Signalwert LOW am Eingang des Inverters INV. Der Ausgang des Inverters INV wird HIGH. Somit schaltet der zweite Schalttransistor N1 durch und der erste Schalttransistor P1 sperrt. Die Referenzspannung VRefe renz nimmt nun den Wert der Spannung der zweiten Spannungsquelle VREF2 an.
Es ist also allein von der Höhe der externen Versorgungsspannung VCCext abhängig, ob die Referenz VReferenz von der ersten Spannungsquelle VREF1 oder der zweiten Spannungsquelle VREF2 bestimmt wird. Die erste Spannungsquelle VREF1 kann nun so ausgelegt werden, daß die Referenzspannung VReferenz einen Wert annimmt, der geeignet ist, daß über die Vergleichseinrichtung VE und den steuerbaren Widerstand P10 die interne Versorgungsspannung Vccint auf den zum Betrieb des Speicherfeldes üblichen Wert geregelt wird. Die zweite Spannungsquelle VREF2 kann dementsprechend so ausgelegt werden, daß die interne Versorgungsspannung VCCint einen höheren Wert annimmt, als es zum Betrieb des Zellenfeldes üblich ist. Diese überhöhte interne Versorgungsspannung dient dann zur Durchführung des Burn-In-Tests.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erlaubt es also, zwei unterschiedliche Spannungsniveaus der internen Versorgungsspannung VCCint allein über die externe Versorgungsspannung VCCext auszuwählen.
In Figur 3 ist die Abhängigkeit der internen Versorgungsspannung VCCint und der Referenzspannung VReferenz von der externen Versorgungsspannung VCCext bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Die interne Versorgungsspannung VCCint nimmt je nach Höhe der externen Versorgungsspannung VCCext zwei definierte, unterschiedliche Werte an.