專利名稱：半導(dǎo)體集成電路中的內(nèi)電壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中所用的電路，特別涉及一種內(nèi)電壓變換器，這種內(nèi)電壓變換器由于工作的內(nèi)電壓變換級(jí)的個(gè)數(shù)是隨著所需電流的大小(即，例如起動(dòng)電源情況下電流大，或備用電源情況下電流小)而不同的，所以能夠消除電壓的不穩(wěn)定性和過量的備用電流。
隨著半導(dǎo)體器件趨向于高密度化，電路中所用的各種各樣的晶體管的尺寸也就越來越小。與晶體管尺寸的減小趨勢(shì)相應(yīng)，隨之出現(xiàn)了以下缺點(diǎn)，即對(duì)于常規(guī)電源電壓晶體管的可靠性下降，而集成電路的電力消耗增大。因而在集成電路中包含了如

圖1所示的內(nèi)電壓變換器以克服這些問題，但其電力消耗也相當(dāng)大，從而導(dǎo)致內(nèi)電壓的穩(wěn)定性下降。
本發(fā)明的目的是提供一種由多個(gè)內(nèi)電壓變換級(jí)并聯(lián)組成的內(nèi)電壓變換器，操作時(shí)這些并聯(lián)的內(nèi)電壓變換級(jí)可分開運(yùn)行，以便在提供備用電源情況下減少不必要的電力消耗，從而內(nèi)電源電壓的穩(wěn)定性也可得到改善。
本發(fā)明的特征在于半導(dǎo)體集成電路中的內(nèi)電壓變換器，該內(nèi)電壓變換器有多個(gè)并聯(lián)的內(nèi)電壓變換級(jí)，它包括一個(gè)振蕩器、一個(gè)緩沖器、一個(gè)功率級(jí)電路和一個(gè)檢測(cè)器，所述振蕩器用以產(chǎn)生特定頻率的方波、所述緩沖器用以在接收振蕩器的輸出作為輸入后驅(qū)動(dòng)電荷抽運(yùn)電路，所述功率級(jí)電路借助于電荷抽運(yùn)電路控制內(nèi)電源電壓的電平，所述檢測(cè)器通過對(duì)內(nèi)電源電壓的檢測(cè)以控制緩沖器的操作。
這樣，各并聯(lián)的內(nèi)電壓變換級(jí)分別包括緩沖器、電荷抽運(yùn)電路和功率級(jí)電路，并按照內(nèi)電壓電源級(jí)驅(qū)動(dòng)多于一個(gè)的變換級(jí)。
參照附圖對(duì)各最佳實(shí)施例作下列敘述將使本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)變得更加明確，附圖中圖1是半導(dǎo)體集成電路中常規(guī)內(nèi)電壓變換器的方框圖。
圖2是本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路中內(nèi)電壓變換器的方框圖。
圖3例示本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路中內(nèi)電壓變換器的一個(gè)實(shí)施例。
圖4表示在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)的偏壓電路。
圖5是本發(fā)明中的定時(shí)圖。
圖6表示本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路中內(nèi)電壓變換器的內(nèi)電壓。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1表示常規(guī)半導(dǎo)體集成電路中內(nèi)電壓變換器的方框圖。該內(nèi)電壓變換器做在一片半導(dǎo)體芯片上。該內(nèi)電壓變換器包括一個(gè)振蕩器1、一個(gè)緩沖器2、一個(gè)電荷抽運(yùn)電路3和一個(gè)功率部分4，所述振蕩器1由諸反相器或諸施密特觸發(fā)器構(gòu)成，緩沖器2用以傳送從振蕩器1所產(chǎn)生的信號(hào)，電荷抽運(yùn)電路3通過接收緩沖器2的輸出用以產(chǎn)生受激參數(shù)輸出，而功率部分4則通過接收電荷抽運(yùn)部分3的輸出用以提供電源電壓Vout。
上述電壓變換器通過緩沖器2將振蕩器1的輸出提供給電荷抽運(yùn)部分3，同時(shí)還借助功率部分4中的功率晶體管將電荷抽運(yùn)部分3的受激參數(shù)輸出提供作為電源電壓Vout。該內(nèi)電壓變換器總是與半導(dǎo)體芯片中內(nèi)電壓和工作狀態(tài)無關(guān)地操作，因此，在芯片處于備用方式時(shí)浪費(fèi)掉不必要的功率。此外，由于沒有內(nèi)電壓反饋到輸入級(jí)，以致在有效操作期間降低了內(nèi)電壓的穩(wěn)定性。
圖2是圖1所示電路缺點(diǎn)經(jīng)改進(jìn)后的半導(dǎo)體集成電路中的內(nèi)電壓變換器的方框圖。該內(nèi)電壓變換器分成子電路10和主電路20。子電路10和主電路20兩者分別包括用以傳送振蕩器1的輸出的緩沖器2和2′、通過接收緩沖器2和2′的輸出用以產(chǎn)生受激參數(shù)輸出的電荷抽運(yùn)部分3和3′、以及通過接收電荷抽運(yùn)部分3和3′的輸出用以提供電源電壓Vout的功率部分4和4′。由諸反相器或諸施密特觸發(fā)器構(gòu)成的振蕩器1分別被連接到子電路10和主電路20的緩沖器2和2′上，并將所述功率部分4和4′的公共節(jié)點(diǎn)G連接到檢測(cè)器5上。
檢測(cè)器5把一種隨輸出電源電壓Vout的狀態(tài)而定的控制信號(hào)提供給主電路20中的緩沖器2′。受檢測(cè)器5輸出控制的主電路20中的緩沖器的輸出與不受檢測(cè)器5輸出控制的子電路10中的緩沖器的輸出之間有180°的相位差。于是，子電路10和主電路20的功率部分4和4′輪流提供電源電壓。本圖中，振蕩器1被公用連接到電路10和20的緩沖器2和2′，但在子電路10和主電路20中也可以各自用一個(gè)獨(dú)立的振蕩器。此外，即使內(nèi)電壓變換器包含一個(gè)子電路10和一個(gè)主電路20，它也可以由多個(gè)并聯(lián)電壓變換級(jí)來組成?？v然在這種情況下，可以公用一個(gè)振蕩器1，也可以采用與變換器數(shù)量相符的多個(gè)振蕩器。
圖2所示的內(nèi)電壓變換器中，振蕩器1的輸出通過緩沖器2加到電荷抽運(yùn)部分3上，并通過功率部分4提供受激參數(shù)輸出作為電源電壓Vout。
在該情況下，將從子電路10提供的輸出電壓用作備用電壓。這時(shí)，檢測(cè)器5檢測(cè)輸出級(jí)的電壓，因此，若在提供起動(dòng)電壓或驅(qū)動(dòng)接到輸出級(jí)的負(fù)載情況下電源電壓Vout突然下降時(shí)，則檢測(cè)器5就會(huì)驅(qū)動(dòng)主電路20以便為驅(qū)動(dòng)負(fù)載提供必要的電流。這樣，在本發(fā)明中，用以提供備用電壓的子電路10中元件的尺寸必定是很小的，而按照內(nèi)電壓的狀態(tài)或工作條件工作的主電路20中的元件則要求大的尺寸。
圖3是半導(dǎo)體集成電路中內(nèi)電壓變換器實(shí)現(xiàn)了的電路圖。圖3中，振蕩器1由三個(gè)反相器11、12和13組成。該振蕩器也可由施密特觸發(fā)器組成。所述振蕩器1產(chǎn)生方波脈沖。
類似地，緩沖器2包含三個(gè)反相器16-18。電荷抽運(yùn)部分3和3′分別包含用以構(gòu)成電容器的金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)晶體管M1和M4，以及其他晶體管M2-M3和M5-M6。同樣地，功率部分4和4′分別包含用以使電壓限定于一恒定電壓的偏壓電路7和7′以及功率晶體管M8和M9。為把輸出電壓Vout反饋到輸入側(cè)的檢測(cè)器5包含分壓電阻器R1、R2、反相器I9、I10和限制輸出的MOS晶體管M7。此外，包含在由與非門ND4和反相器15組成的緩沖器2′中的與非門ND4的一個(gè)輸入端接到兩個(gè)反相器I9和I10之間的節(jié)點(diǎn)E上。
下面參照?qǐng)D3將對(duì)如此構(gòu)成的本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。由反相器或施密特觸發(fā)器構(gòu)成的振蕩器1把特定頻率的方波脈沖提供給節(jié)點(diǎn)A。節(jié)點(diǎn)A的電壓加到緩沖器2和2′，由此分別驅(qū)動(dòng)電荷抽運(yùn)部分3和3′。將緩沖器2以后的輸出加在MOS電容晶體管M4上，而輸出電壓則由跨越電容器的方波電壓進(jìn)行抽運(yùn)。MOS晶體管M6把受激電壓提供給功率部分4。
類似地，另一個(gè)電荷抽運(yùn)部分3′的操作與所述部分3的操作情況相同。這樣，功率部分4和4′驅(qū)動(dòng)由偏壓電路7和7′進(jìn)行控制的功率MOS晶體管M8和M9，把內(nèi)電源電壓Vout提供給半導(dǎo)體芯片。也將檢測(cè)器5通過R1連接到節(jié)點(diǎn)G以便檢測(cè)電壓Vout，并在通過電阻R1和R2分壓后提供其電壓。反相器I9和I10通過檢測(cè)內(nèi)電壓限制通過緩沖器2′的節(jié)點(diǎn)B的選通路徑。于是，當(dāng)集成電路的內(nèi)電壓下降時(shí)，反相器I9的高電平信號(hào)就加到與非門ND4的輸入端上，使得與非門ND4提供低電平信號(hào)。在由反相器I5將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成高電平信號(hào)之后，將其加到電荷抽運(yùn)部分3′上，從而提高在輸出級(jí)處的電源電壓Vout。
相反，當(dāng)內(nèi)電壓升高時(shí)，由電阻R1和R2分壓的狀態(tài)信號(hào)處于高電平狀態(tài)，并由反相器I9將其轉(zhuǎn)換成低電平狀態(tài)。于是，與非門ND4的輸出變成高電平狀態(tài)，并將由反相器I5轉(zhuǎn)換成低電平狀態(tài)的信號(hào)加到電荷抽運(yùn)部分3′上，由此使電荷抽運(yùn)部分的停止工作。同樣地，在節(jié)點(diǎn)B處的低電平信號(hào)通過反相器I10變成高電平狀態(tài)，因此使MOS晶體管M9可靠地截止。
在該情況下，檢測(cè)器5通過控制緩沖器2′的選通路徑就控制了主電路20的通-斷操作。于是，在備用方式情況下，只有子電路10動(dòng)作把電源電壓Vout提供給集成電路的內(nèi)部，而在起動(dòng)電源情況下，則子電路10和主電路20都動(dòng)作來提供所述電壓Vout。
圖4是本發(fā)明已實(shí)現(xiàn)的電路圖，它表示接到電荷抽運(yùn)部分3后面的功率部分4。偏壓電路7包含串聯(lián)的MOS晶體管M14-M17、電阻R3和MOS晶體管M18。偏壓電路7中，由起二極管作用的MOS晶體管M14-M17和電阻R3分壓的電壓使晶體管18導(dǎo)通。以致偏壓電路7限制了超過特定恒定電壓以上的電壓。這樣，使功率MOS晶體管M8的輸出電壓Vout箝位到大約4VT(此處，VT是MOS晶體管的閾值電壓)，因此，可獲得穩(wěn)定的輸出電壓Vout。通過采用這些偏壓電路，使內(nèi)電源電壓Vout能夠與外電源電壓無關(guān)地保持住恒定電壓電平。圖6中示出外部電源電壓Vcc與內(nèi)電源電壓Vout之間的關(guān)系曲線。
下面將說明圖5中示出的操作關(guān)系。在如圖5(a)所示需要大驅(qū)動(dòng)功率情況下，由于內(nèi)電壓低于電源電壓Vout的特定電壓電平，因此，檢測(cè)器5節(jié)點(diǎn)B的高電平輸出啟動(dòng)緩沖器2′的與非門ND4，從而同時(shí)驅(qū)動(dòng)電荷抽運(yùn)電路3和3′。此時(shí)，MOS晶體管M7截止。在這種情況下，緩沖器2和2′的輸出彼此具有180°的相位差，于是，功率部位4和4′的功率晶體管M8和M9輪流導(dǎo)通。這樣，外電源電壓可很快地提供內(nèi)電壓。但是，在如圖5(b)所示備用方式的情況下，檢測(cè)器5的輸出變成低電平狀態(tài)，從而禁止緩沖器2′的與非門ND4。
同樣地，導(dǎo)通MOS晶體管M7，同時(shí)截止功率部分4′，于是，只驅(qū)動(dòng)子電路10從而降低了電力消耗。
如上所述，借助于由一個(gè)以上并聯(lián)內(nèi)電壓變換級(jí)組成的電路結(jié)構(gòu)，在只需要備用電壓情況下，僅驅(qū)動(dòng)子電路10以提供內(nèi)電壓，而按照內(nèi)電壓條件驅(qū)動(dòng)主電路20，所以本發(fā)明可防止不必要的電力消耗，從而改善了內(nèi)電壓的穩(wěn)定性。特別是，即使在象起動(dòng)電源之類大驅(qū)動(dòng)功率的情況下，各內(nèi)電壓變換級(jí)就會(huì)全部工作從而很快地保持恒定電平。此外，倘若把檢測(cè)器5的節(jié)點(diǎn)E處輸出和內(nèi)操作時(shí)鐘的邏輯組合用作內(nèi)電壓變換器的控制時(shí)鐘，則可預(yù)期得到改進(jìn)的效果。
本發(fā)明決不局限于上述的實(shí)施例。在參考本發(fā)明說明的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人士對(duì)所公開的實(shí)施例以及本發(fā)明其他實(shí)施例的各種不同的修改會(huì)變得更加明確。因此，要注視到所附權(quán)利要求書將包括在本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)的任何這種修改或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路中的內(nèi)電壓變換器，其特征在于它包括一個(gè)振蕩器，用以產(chǎn)生方波信號(hào)；一個(gè)子電路，包含一個(gè)緩沖器、一個(gè)電荷抽運(yùn)電路和一個(gè)功率部分，所述緩沖器用于接收所述振蕩器的方波信號(hào)，所述電荷抽運(yùn)電路借助接收緩沖器的輸出用于產(chǎn)生受激參數(shù)輸出，所述功率部分用于把電荷抽運(yùn)電路的輸出控制到某一內(nèi)電壓電平并提供電源電壓；一個(gè)主電路，包含一個(gè)緩沖器、一個(gè)電荷抽運(yùn)電路和一個(gè)功率部分，所述緩沖器用于接收所述振蕩器的方波信號(hào)和來自檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)，所述電荷抽運(yùn)電路借助接收緩沖器的輸出用于產(chǎn)生某一受激參數(shù)輸出，所述功率部分把電荷抽運(yùn)電路的輸出控制到某一內(nèi)電壓電平并提供電源電壓；以及所述檢測(cè)器，通過檢測(cè)內(nèi)電源電壓，以控制所述主電路中緩沖器的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種內(nèi)電壓變換器，其特征在于所述主電路至少包含一個(gè)主電路，而且與所述子電路并聯(lián)。
3.按照權(quán)利要求1的一種內(nèi)電壓變換器，其特征在于還包含一個(gè)公用的振蕩器、邏輯組合裝置和相位差發(fā)生裝置，所述邏輯組合裝置用以對(duì)半導(dǎo)體集成電路中內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖與具有多個(gè)獨(dú)立緩沖器、電荷抽運(yùn)部分及功率部分的內(nèi)電壓變換器的輸出進(jìn)行組合，所述相位差發(fā)生裝置用以使受控于邏輯組合裝置的緩沖器輸出與不受邏輯組合裝置控制的緩沖器輸出之間給出180°的相位差。
4.按照權(quán)利要求1或3的一種內(nèi)電壓變換器，其特征在于用以把方波脈沖提供給緩沖器的所述振蕩器數(shù)量等于緩沖器的數(shù)量，每個(gè)緩沖器和振蕩器與其他振蕩器和振蕩器無關(guān)地進(jìn)行操作。
全文摘要
半導(dǎo)體集成電路中的一種內(nèi)電壓變換器包括一 個(gè)振蕩器、一個(gè)子電路、一個(gè)主電路和一個(gè)檢測(cè)器，所 述子電路包含一個(gè)緩沖器、一個(gè)電荷抽運(yùn)電路及一個(gè) 功率部分，所述主電路包含一個(gè)緩沖器、一個(gè)電荷抽 運(yùn)電路及一個(gè)功率部分。并聯(lián)組成的多個(gè)電壓變換 級(jí)在操作時(shí)是可分開運(yùn)行的，因而在提供備用電源的 場(chǎng)合可減少不必要的電力消耗，同時(shí)還改進(jìn)了內(nèi)電源 電壓的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G05F1/46GK1048122SQ9010436
公開日1990年12月26日 申請(qǐng)日期1990年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月10日
發(fā)明者閔東暄 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社