專利名稱：刷新周期產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在具有對DRAM(Dynamic Random Access Memory)的存儲單元(以下稱為DRAM單元)的自動刷新功能的DRAM產(chǎn)品(例如包括通用DRAM、SDRAM、準(zhǔn)SRAM、DRAM混載的系統(tǒng)LSI等)中，產(chǎn)生刷新周期的刷新周期產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
DRAM單元由積蓄作為數(shù)據(jù)的電荷的電容和對數(shù)據(jù)的輸入輸出進(jìn)行切換的晶體管構(gòu)成。該DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性與其它構(gòu)成元件，例如MOS晶體管等的電特性相比，溫度依賴性非常大。其它構(gòu)成元件的電特性大致取決于電子的遷移率對溫度的依賴，溫度提高10℃的話特性變慢約5％，這是公知的。另一方面，DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性主要取決于構(gòu)成DRAM單元的一部分的PN擴(kuò)散層的部分的接合漏電，溫度提高10℃的話就變?yōu)榧s一半的數(shù)據(jù)保持特性(數(shù)據(jù)保持時間)，這是公知的。
近幾年，對于正在普及的攜帶用設(shè)備，其形狀小型化，并且可用電池供電，這種構(gòu)成已經(jīng)很普通了。因此，這樣的攜帶用設(shè)備攜帶起來變得容易了。與這種攜帶用設(shè)備所用的DRAM產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)，也導(dǎo)入了自動進(jìn)行刷新的自刷新(自動刷新)，這樣就能減輕系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。作為進(jìn)行自刷新的構(gòu)成，DRAM產(chǎn)品設(shè)有進(jìn)行定期刷新的刷新計(jì)時器，到指定時間的話就在內(nèi)部產(chǎn)生刷新用的地址(字線地址)和時鐘，自動執(zhí)行刷新。
特別是，可以推測，在自刷新時，攜帶用設(shè)備大多不進(jìn)行動作，因而不發(fā)熱，或者考慮到攜帶時等的話，實(shí)際的使用溫度或環(huán)境溫度為常溫的程度。常溫時(低溫時)數(shù)據(jù)保持時間長，因而使其具有刷新的溫度補(bǔ)償功能，以使得自刷新的周期比高溫時長，降低刷新動作所伴隨的消耗功率。
作為刷新的溫度補(bǔ)償功能，特開2002-215258號公報給出了各種技術(shù)(此處，本文獻(xiàn)披露了用于消除溫度依賴的補(bǔ)償例)。圖9作為按照溫度使振蕩周期以大的倍率模擬性地變化的振蕩電路，表示現(xiàn)有的模擬方式的刷新周期產(chǎn)生電路的構(gòu)成例。圖9構(gòu)成特別適合于溫度依賴性大的刷新周期的溫度補(bǔ)償。圖9所示的刷新周期產(chǎn)生電路100由帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路(VREF0)011、比較電壓產(chǎn)生電路(VREF1)012、具有正的溫度依賴性的電流控制用偏壓產(chǎn)生電路(CSGEN)013、作為振蕩器的環(huán)形振蕩器(R-OSC)014構(gòu)成。
在以上的構(gòu)成中，由帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路011來輸出不依賴于溫度的電壓VBGR和依賴于溫度的電壓VBE。比較電壓產(chǎn)生電路012輸入不依賴于溫度的電壓VBGR，根據(jù)該電壓VBGR而生成比較恰當(dāng)?shù)牟灰蕾囉跍囟鹊谋容^電壓VRTR0。電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013一同輸入電壓VBE和比較電壓VRTR0，進(jìn)行比較，生成電流控制信號OSCBP、OSCBN，該兩信號被環(huán)形振蕩器014輸入。環(huán)形振蕩器014構(gòu)成為，根據(jù)電流控制信號OSCBP、OSCBN來控制振蕩頻率，取出刷新基準(zhǔn)信號REFRQ作為輸出。
另外，如果設(shè)刷新周期為Tref，能刷新的最小周期為Trcyc，以該最小周期連續(xù)刷新時流過的電流為Iref，待機(jī)電流為Istb，則自刷新時的電流Iself以Iself＝(Iref)×(Trcyc/Tref)+Istb表示，DRAM產(chǎn)品的實(shí)力為250μA的程度的水平。待機(jī)電流Istb大致需要抑制到低至20～25μA，這樣就能制約刷新周期產(chǎn)生電路100中的消耗電流。
圖10是表示在圖9所示的模擬方式的刷新周期產(chǎn)生電路100中溫度和刷新周期的關(guān)系的曲線圖。圖10的曲線圖的橫軸表示溫度，縱軸表示歸一化周期。在圖10的曲線圖中，直線021表示典型的DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性(數(shù)據(jù)保持所需的刷新周期)的溫度依賴性，曲線022表示圖9所示的刷新周期產(chǎn)生電路100中的刷新周期的溫度依賴性。從曲線022可知，在高溫側(cè)和低溫側(cè)溫度依賴下降，變成飽和狀態(tài)。這是因?yàn)榄h(huán)形振蕩器014中的后述的控制電流在上限或下限成為一定值而不變化。如果要模擬性地改變刷新周期，則可以通過設(shè)計(jì)，在某種程度上自由設(shè)定高溫側(cè)或低溫側(cè)的溫度依賴飽和的溫度。
可是，模擬方式的刷新周期產(chǎn)生電路100的構(gòu)成中，振蕩頻率的變化量是高高數(shù)倍，能覆蓋的溫度范圍變窄。即，作為DRAM單元的數(shù)據(jù)保持時間的溫度依賴性，考慮0.5倍/10℃的場合，只不過覆蓋20～30℃的溫度范圍，難以在低溫部充分減小消耗電流。還有，如果要使低溫部的消耗電流的交流動作部分(動態(tài)電流)再減半，就必須使振蕩頻率的變化范圍特別是在低溫側(cè)進(jìn)一步降低頻率，這很困難。因此，現(xiàn)有的模擬方式的刷新周期產(chǎn)生電路100在實(shí)現(xiàn)攜帶用設(shè)備所用的DRAM產(chǎn)品的低功率化上是有問題的。
另一方面，不是像上述一樣模擬性地使刷新周期變化，而是數(shù)字性地使刷新周期變化，這種構(gòu)成是公知的。具有這樣的構(gòu)成的數(shù)字方式的刷新周期產(chǎn)生電路的一例為特開平5-307882號公報所披露。
圖11作為按照溫度使振蕩周期數(shù)字性地變化的振蕩電路，表示現(xiàn)有的數(shù)字方式的刷新周期產(chǎn)生電路的構(gòu)成例。圖11所示的刷新周期產(chǎn)生電路200由環(huán)形振蕩器(R-OSC)014、分頻電路(DIVIDER)015、溫度傳感器部(TEMP-SENSOR)016、頻率選擇電路(SELECTOR)017構(gòu)成。
在以上的構(gòu)成中，把環(huán)形振蕩器014的振蕩輸出向分頻電路015輸入，用對由溫度傳感器部016得到的溫度進(jìn)行識別的信號，由頻率選擇電路017來選擇分頻為若干的頻率(分頻輸出)，輸出刷新基準(zhǔn)信號REFRQ。
例如，考慮把分頻電路015作為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，以10℃的步長進(jìn)行溫度檢測，檢測最低溫度時選擇二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最高位比特，以后溫度每上升1步長就依次選擇二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的低位比特的構(gòu)成。這樣構(gòu)成的話溫度每提高10℃刷新周期就減半，與如上所述，溫度每提高10℃，DRAM單元的數(shù)據(jù)保持時間就減半相對應(yīng)，情況良好。但以怎樣的溫度步長使之變化則依賴于溫度檢測電路的性能、分頻了的信號的處理方法，因而就要通過設(shè)計(jì)來選擇。
圖12是表示在圖10所示的數(shù)字方式的刷新周期產(chǎn)生電路200中溫度和刷新的關(guān)系的曲線圖。圖12的曲線圖的橫軸表示溫度，縱軸表示歸一化周期。在圖12的曲線圖中，直線021表示典型的DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性的溫度依賴性，實(shí)線023表示圖11所示的刷新周期產(chǎn)生電路200的刷新周期的溫度依賴性。此處，按刷新周期每20℃有1/4倍的變化來設(shè)定的話，由于頻率為周期的倒數(shù)，因而刷新頻率每20℃有4倍的變化。還有，虛線024表示由于刷新周期產(chǎn)生電路200的溫度傳感器部016的頻率切換精度的偏差、制造工藝的偏差等，振蕩頻率或周期出現(xiàn)偏差時的范圍。
一般而言，集成電路中相對值精度比較好，而絕對值由于制造條件而頗多偏差，這是公知的。例如，以10℃的步長檢測溫度，或是使頻率為2倍、一半等是相對值，能實(shí)現(xiàn)高精度。相比之下，例如，檢測70℃，或是給出100KHz的頻率等是絕對值，有時分別產(chǎn)生20～30％的偏差。還有，特別是改變該刷新周期的構(gòu)思的起源在于為了降低溫度低時的消耗電流，因而使消耗電流增加來抑制偏差這樣的折中沒有意義。
換句話說，圖12的虛線024所示的部分表示特性隨工藝偏差等而變動的范圍，在刷新周期的切換部分，即直線023的階梯狀波形的角部，接近直線021的數(shù)據(jù)保持特性的界限。因而，考慮了設(shè)計(jì)值和制造參數(shù)的變動等的影響時，可以想象刷新周期變長至超越數(shù)據(jù)保持特性的界限而DRAM單元的數(shù)據(jù)消失的可能性。為了應(yīng)對這樣的現(xiàn)象，有必要在刷新中預(yù)先確保大的動作余量，這與刷新回數(shù)的增加相關(guān)聯(lián)，因而存在消耗電流增加這樣的問題。
如上所述，現(xiàn)有的刷新周期產(chǎn)生電路，在為了降低DRAM產(chǎn)品的自刷新時的消耗功率，特別是低溫側(cè)的消耗功率而降低刷新的頻率的場合，在使頻率具有溫度依賴性的模擬方式中頻率的變化量變少，在使頻率的溫度變化加大的數(shù)字方式中在頻率切換的角部出現(xiàn)超過必要的刷新周期的可能性，為了防止這一點(diǎn)，需要大的動作余量，這是存在的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種頻率振蕩在具有正的溫度依賴性(在高溫側(cè)頻率升高的方向)的頻率，在溫度依賴飽和的高溫區(qū)域或低溫區(qū)域中對振蕩頻率進(jìn)行分頻，能夠根據(jù)檢測溫度來選擇分頻了的頻率，產(chǎn)生在寬的溫度范圍變化的刷新周期，并且，特別是不用在高溫側(cè)根據(jù)刷新的實(shí)力而較大地保留動作余量即可，且在低溫側(cè)消耗電流小的刷新周期產(chǎn)生電路。
本發(fā)明的刷新周期產(chǎn)生電路的方式，在產(chǎn)生刷新DRAM單元時的刷新周期的刷新周期產(chǎn)生電路中，其構(gòu)成具有以對環(huán)境溫度具有溫度依賴性的頻率進(jìn)行振蕩的振蕩電路部；對上述振蕩電路部的振蕩輸出進(jìn)行分頻的分頻電路；檢測上述環(huán)境溫度的溫度檢測器；以及根據(jù)上述溫度檢測器的輸出，可切換地選擇輸出來自上述分頻電路的多個頻率的分頻輸出，輸出作為上述刷新周期的基準(zhǔn)的信號的選擇電路，上述振蕩電路部的上述溫度依賴性在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)具有正的溫度系數(shù)，而在上述規(guī)定的溫度范圍外不具有正的溫度系數(shù)，上述選擇電路在上述規(guī)定的溫度范圍外進(jìn)行上述分頻輸出的切換。
根據(jù)這樣構(gòu)成的本發(fā)明，由于采用具有正的溫度依賴性的振蕩電路部，因而在現(xiàn)有的數(shù)字方式中看到的刷新周期的階梯狀波形的臺階部成為與DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性相近的斜線狀態(tài)，能減小應(yīng)該設(shè)定的動作余量的幅度，并且還能一并在低溫部進(jìn)一步增大刷新周期，實(shí)現(xiàn)低消耗功率。
在本發(fā)明的方式中，也可以構(gòu)成為，在包含上述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上搭載上述刷新周期電路，由上述選擇電路把上述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)的上述分頻輸出的切換溫度設(shè)定在上述半導(dǎo)體裝置的動作保證溫度的范圍外。
還有，在本發(fā)明的方式中，也可以構(gòu)成為，在包含上述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上搭載上述刷新周期電路，上述選擇電路在上述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)不進(jìn)行上述分頻輸出的切換。
還有，在本發(fā)明的方式中，也可以構(gòu)成為，在包含上述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上搭載上述刷新周期電路，上述選擇電路在上述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)切換上述分頻輸出時，向與具有上述正的溫度系數(shù)的區(qū)間的上述振蕩電路部的消耗功率相比，消耗功率減小的方向進(jìn)行切換。
還有，在本發(fā)明的方式中，也可以構(gòu)成為，在包含上述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上搭載上述刷新周期電路，還具有以比上述振蕩電路部更長的振蕩周期進(jìn)行振蕩的第2振蕩電路部，在上述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)的上述分頻輸出的切換是把上述振蕩電路部切換為上述第2振蕩電路部來進(jìn)行的。
還有，在本發(fā)明的方式中，也可以構(gòu)成為，上述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)看作最高振蕩頻率的77％以上的振蕩范圍，并且，上述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)看作最低振蕩頻率的130％以下的振蕩范圍。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成為，采用具有正的溫度依賴性(在高溫側(cè)振蕩頻率升高)的模擬方式的振蕩電路來構(gòu)成決定DRAM單元的刷新周期的振蕩電路部，并且利用其振蕩的溫度依賴消失的點(diǎn)在高溫側(cè)和低溫側(cè)存在這一點(diǎn)，自溫度變化的大致消失的點(diǎn)附近，數(shù)字性地改變振蕩頻率。因而，能跨更寬的溫度范圍，按DRAM單元的數(shù)據(jù)保持時間的溫度變化來調(diào)整刷新周期，能更高效地實(shí)現(xiàn)低消耗電流。還有，特別是在高溫側(cè)，不用較大地保留對在頻率切換的角部產(chǎn)生的制造偏差的動作保證的余量，因而能同時實(shí)現(xiàn)刷新的效率化和低消耗電流化。


圖1是表示本實(shí)施方式的刷新周期產(chǎn)生電路的構(gòu)成的框圖。
圖2是表示模擬振蕩電路部中包含的帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路的構(gòu)成例的圖。
圖3是表示模擬振蕩電路部中包含的比較電壓產(chǎn)生電路的構(gòu)成例的圖。
圖4是表示模擬振蕩電路部中包含的電流控制用偏壓產(chǎn)生電路的構(gòu)成例的圖。
圖5是表示模擬振蕩電路部中包含的環(huán)形振蕩器的構(gòu)成例的圖。
圖6是表示本實(shí)施方式的刷新周期產(chǎn)生電路的溫度和刷新周期的第1關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示本實(shí)施方式的刷新周期產(chǎn)生電路的溫度和刷新周期的第2關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示DRAM產(chǎn)品中適合的本實(shí)施方式的構(gòu)成例的圖。
圖9是表示現(xiàn)有的模擬方式的刷新周期產(chǎn)生電路的構(gòu)成例的圖。
圖10是表示在圖9所示的現(xiàn)有的模擬方式的刷新周期產(chǎn)生電路中溫度和刷新周期的關(guān)系的曲線圖。
圖11是表示現(xiàn)有的數(shù)字方式的刷新周期產(chǎn)生電路的構(gòu)成例的圖。
圖12是表示在圖11所示的現(xiàn)有的數(shù)字方式的刷新周期產(chǎn)生電路中溫度和刷新周期的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1表示本實(shí)施方式的刷新周期產(chǎn)生電路的構(gòu)成。圖1所示的刷新周期產(chǎn)生電路001具有振蕩頻率具有模擬性的溫度依賴的振蕩電路部002分頻電路(DIVIDER)015；溫度傳感器部(TEMP-SENSOR)016；頻率選擇電路(SELECTOR)017。從刷新周期產(chǎn)生電路001輸出作為DRAM單元的刷新的基準(zhǔn)的刷新基準(zhǔn)信號REFRQ。
模擬振蕩電路部002，基本上與圖9的構(gòu)成相同，由帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路(VREF0)011、比較電壓產(chǎn)生電路(VREF1)012、具有正的溫度依賴性的電流控制用偏壓產(chǎn)生電路(CSGEN)013、作為振蕩器的環(huán)形振蕩器(R-OSC)014組成。
在模擬振蕩電路部002中構(gòu)成為，由帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路011輸出不依賴于溫度的電壓VBGR和依賴于溫度的電壓VBE。比較電壓產(chǎn)生電路012輸入不依賴于溫度的電壓VBGR，根據(jù)該電壓VBGR而生成比較恰當(dāng)?shù)牟灰蕾囉跍囟鹊谋容^電壓VRTR0。電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013一同輸入電壓VBE和比較電壓VRTR0，對其進(jìn)行比較，生成電流控制信號OSCBP、OSCBN，該兩信號被環(huán)形振蕩器014輸入。環(huán)形振蕩器014根據(jù)電流控制信號OSCBP、OSCBN來控制振蕩頻率，并輸出振蕩輸出OSCOUT。
圖2表示帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路011的構(gòu)成例。圖2所示的帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路011由P溝道晶體管QP01、QP02、QP03、N溝道晶體管QN01、QN02、雙極晶體管BP01、BP02、BP03和電阻R01、R02構(gòu)成。適當(dāng)選擇雙極晶體管BP01、BP02的發(fā)射極面積的比和電阻R01、R02的比，就能獲得不依賴于溫度的基準(zhǔn)電壓VBGR。另一方面，與雙極晶體管BP03的基極發(fā)射極間電壓相當(dāng)?shù)碾妷篤BE具有負(fù)的溫度系數(shù)，具有溫度上升的話電壓就下降的溫度依賴。
圖3表示比較電壓產(chǎn)生電路012的構(gòu)成例。圖3所示的比較電壓產(chǎn)生電路012由P溝道晶體管QP04、QP05、QP06、N溝道晶體管QN03、QN04、電流源IS03和電阻R03～R08構(gòu)成。比較電壓產(chǎn)生電路012的作用在于根據(jù)不依賴于溫度的基準(zhǔn)電壓VBGR來生成不依賴于溫度的比較電壓VRTR0。還有，串聯(lián)連接的多個電阻R04～R08是為了從各電阻的接點(diǎn)選擇希望的電平的比較電壓VRTR0而設(shè)置的。
在圖3中，成對的P溝道晶體管QP04、QP05和N溝道晶體管QN03、QN04以及電流源IS03一體性地構(gòu)成差動放大器。P溝道晶體管QP04、QP05的鏡像連接的柵極與P溝道晶體管QP05的漏極連接。P溝道晶體管QP04的漏極電位被P溝道晶體管QP06的柵極輸入，通過該P(yáng)溝道晶體管QP06和電阻R03～R08的串聯(lián)連接而在電阻R03和R04的接點(diǎn)產(chǎn)生大體上與基準(zhǔn)電壓VBGR相等的電壓。用上述差動放大器把該電壓與基準(zhǔn)電壓VBGR進(jìn)行比較，并用電阻R04～R08進(jìn)行分壓，從而輸出不依賴于溫度的希望的比較電壓VRTR0。
與差動放大器的N溝道晶體管QN03的柵極上輸入的基準(zhǔn)電壓VBGR對應(yīng)的N溝道晶體管QN04的柵極電位下降的話，流過P溝道晶體管QP05和N溝道晶體管QN04的電流就會減小，因而電流鏡像(カレントミラ一)連接的P溝道晶體管QP04、QP05的共連的柵極電位就會相對上升。結(jié)果，流過P溝道晶體管QP04、QP05的電流就會降低，N溝道晶體管QN03的漏極電位，即P溝道晶體管QP06的柵極電位就會下降，因而P溝道晶體管QP06就會更強(qiáng)地導(dǎo)通，流過它的電流就會增加。因而由P溝道晶體管QP06的漏極和電阻R03～R08分壓了的各接點(diǎn)的電位就會上升。即，使差動放大器的輸入(N溝道晶體管QN04的柵極電位)上升的反饋機(jī)構(gòu)就會工作。因而可以明白，由電阻R03～R08進(jìn)行分壓，就能得到不依賴于溫度的希望的比較電壓VRTR0。
圖4表示具有正的溫度依賴性的電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013的構(gòu)成例。圖4所示的電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013由P溝道晶體管QP07～QP10、N溝道晶體管QN05～QN09和電流源IS01、IS02構(gòu)成。電流源IS01、把電壓VBE和比較電壓VRTR0作為比較輸入的P溝道晶體管QP07、QP08、鏡像連接的N溝道晶體管QN05、QN06一體地構(gòu)成差動放大器。該差動放大器的輸出被提供給作為與N溝道晶體管QN05并聯(lián)連接的MOS二極管的N溝道晶體管QN07的柵極/漏極部。
連接成二極管的P溝道晶體管QP09和把圖4的差動放大器的輸出作為柵極電位的N溝道晶體管QN08串聯(lián)配置在電源和接地電位間，而且恒流源IS02和N溝道晶體管QN08并聯(lián)配置。P溝道晶體管QP09的柵極/漏極電位作為電流控制信號OSCBP被輸出。還有，把電流控制信號OSCBP作為柵極輸入的P溝道晶體管QP10和作為MOS二極管的N溝道晶體管QN09串聯(lián)配置在電源和接地電位間。上述N溝道晶體管QN09的柵極/漏極電位作為電流控制信號OSCBN被輸出。此處，作為恒流源IS02，后邊詳述，可以采用給予柵極高電平的極小尺寸的N溝道晶體管。N溝道晶體管QN08設(shè)定為即使在截止的狀態(tài)下也能維持從電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013輸出的電流控制信號OSCBP、OSCBN常使P溝道晶體管或N溝道晶體管導(dǎo)通的電平。
圖5表示環(huán)形振蕩器014的構(gòu)成例。圖5所示的環(huán)形振蕩器014表示由P溝道晶體管QP21～QP2n、N溝道晶體管QN21～QN2n和反相器INV21～I(xiàn)NV2n組成的構(gòu)成。另外，n意味著3以上的奇數(shù)。n為奇數(shù)的理由是，為了在環(huán)狀連接而成的振蕩器的構(gòu)成中獲得連續(xù)的振蕩，就需要奇數(shù)級的反相器。還有，以后的說明中，附記i來表示從1到n的任意級的反相器或晶體管。
從電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013輸出的電流控制信號OSCBP被P溝道晶體管QP2i從柵極輸入，并且同樣輸出的電流控制信號OSCBN被N溝道晶體管QN2i從柵極輸入。把該P(yáng)溝道和N溝道晶體管QP2i、QN2i在電源地間夾著的反相器INV2i以奇數(shù)級環(huán)狀進(jìn)行接線，從而構(gòu)成振蕩器(環(huán)形振蕩器)。使P溝道晶體管QP2i和N溝道晶體管QN2i的尺寸比與電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013的晶體管QP10和QN09的尺寸比相等，使其比反相器INV2i的晶體管足夠小，這是優(yōu)選的。在這樣的場合，反相器INV2i的充放電能力由晶體管QP2i、QN2i的電流的大小，即電流控制信號OSCBP、OSCBN的電位來決定?？梢钥闯觯h(huán)形振蕩器014的振蕩周期與構(gòu)成它的反相器INV2i的信號傳遞時間tpd成比例，因而環(huán)形振蕩器014的振蕩頻率由從電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013輸出的電流控制信號OSCBP、OSCBN的電平來控制。
此處，參照圖4來說明電流控制信號OSCBP、OSCBN的定性的溫度依賴。在把電壓VBE和比較電壓VRTR0作為輸入的差動放大器中，比較電壓VRTR0在不依賴于溫度，即溫度即使變化也保持一定電壓的狀態(tài)下由比較電壓產(chǎn)生電路012來提供。另一方面，眾所周知，電壓VBE具有負(fù)的溫度特性。因此，溫度變高的話電壓VBE就會變低，P溝道晶體管QP07的電流就會增加，因而比較信號側(cè)輸出N01就會變高，基準(zhǔn)電位側(cè)輸出N02就會變低。反過來，溫度變低的話電壓VBE就會變高，P溝道晶體管QP07電流就會減小，比較信號側(cè)輸出N01就會變低，基準(zhǔn)電位側(cè)輸出N02就會變高。結(jié)果，從柵極輸入比較信號側(cè)輸出N01的N溝道晶體管QN07、QN08中，溫度越高電流就越大，溫度變低電流就會變小。
因而，流過P溝道晶體管QP09的環(huán)形振蕩器控制電流ISOC在溫度變低時就會減小。并且，比較信號側(cè)輸出N01變?yōu)镹溝道晶體管的閾值Vthn以下的話，作為負(fù)載晶體管的N溝道晶體管QN07的電流就會變?yōu)榱?，并且N溝道晶體管QN08的電流也變?yōu)榱恪Ｒ蚨?，流過晶體管QP09的環(huán)形振蕩器控制電流ISOC變?yōu)樽钚?ISOCmin)，變?yōu)橹涣鬟^恒流源IS02的電流I02(ISOCmin＝I02)。要獲得穩(wěn)定的振蕩，就需要先使流向恒流源IS02的電流I02確保0.1μA的程度。
其次，考慮流過P溝道晶體管QP09的環(huán)形振蕩器控制電流ISOC的最大值(ISOCmax)。在由圖4的電流源IS01驅(qū)動的差動放大器中，在電壓VBE變低，比較電壓VRTR0變高，流過P溝道晶體管QP08的電流無限變小的場合，N溝道晶體管QN07中就通過P溝道晶體管QP07而流過大體上與電流源IS01相近的電流I01。如果假定均等地設(shè)定N溝道晶體管QN07和QN08的尺寸比，流向P溝道晶體管QP09的電流的最大值就變?yōu)榱飨螂娏髟碔S01、IS02的電流的和(I01+I02)。
上述電流I01可以比較自由地設(shè)定，不過，電流控制信號OSCBP、OSCBN的振幅，考慮到在圖5中流過與電流控制信號OSCBP、OSCBN連接的電流控制用的晶體管群的電流的大小的對稱性等的話，優(yōu)選設(shè)定為VDD的1/2以內(nèi)。還有，考慮到整體消耗電流的降低等的話，優(yōu)選設(shè)定為電流IO2的數(shù)倍的程度。因此，假定按電流IO2的5倍來設(shè)定電流IO1的話，環(huán)形振蕩器控制電流ISOC的最大值(ISOCmax)就變?yōu)?IO2，變?yōu)?.6μA的程度。另外，該電流是流過圖4的電路的一部分的電流，實(shí)際上刷新周期產(chǎn)生電路001中包含的各塊都會流過電流。
其它被設(shè)定的電位等的具體例如下。作為一例，電壓VBE在常溫(25℃)下設(shè)定為0.7V的程度，在0～70℃按約0.4V的程度變化(-0.15V/25℃的程度)。還有，比較電壓VRTR0依賴于是在什么溫度下使上述環(huán)形振蕩器014的頻率產(chǎn)生最大變化的設(shè)計(jì)值，不過，作為一例，設(shè)定為0.5V的程度。該0.5V相當(dāng)于電壓VBE的60℃前后的值。因而在環(huán)境溫度0～70℃的溫度范圍，在電壓VBE變?yōu)榱俗钚≈档碾妷?在70℃推定為約0.4V)的場合，如上所述，流向P溝道晶體管QP09的電流變?yōu)樽畲蟆?br> 如上所述，環(huán)形振蕩器014的振蕩頻率由從電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013輸出的電流控制信號OSCBP、OSCBN來控制。并且，溫度變高的話電流控制信號OSCBP就會減小，電流控制信號OSCBN就會增加，因而環(huán)形振蕩器控制電流ISOC就會增加。結(jié)果，環(huán)形振蕩器014的振蕩頻率就會增加。另一方面，溫度變低的話電流控制信號OSCBP就會增加，電流控制信號OSCBN就會減小，因而環(huán)形振蕩器控制電流ISOC就會減小。結(jié)果，環(huán)形振蕩器014的振蕩頻率就會減小。這樣，環(huán)形振蕩器014的振蕩頻率的高溫/低溫的頻率的比就以ISOCmax/ISOCmin來決定。
其次，在圖1中，從模擬振蕩電路部002輸出的振蕩輸出OSCOUT被分頻電路015輸入。該周圍路015根據(jù)振蕩輸出OSCOUT來輸出多個分頻后的頻率的信號。該分頻后的頻率大致以2的m(m定義為包括負(fù)值的整數(shù))次方來表達(dá)。頻率選擇電路017根據(jù)溫度傳感器部016的信號，輸出與多個頻率中的1個頻率對應(yīng)的刷新基準(zhǔn)信號REFRQ。另外，刷新基準(zhǔn)信號REFRQ是作為對DRAM單元指示刷新的信號(REF信號)的基準(zhǔn)的信號，也可以由計(jì)數(shù)器等把刷新基準(zhǔn)信號REFRQ放大k倍(k為正整數(shù))而生成REF信號，也可以直接把刷新基準(zhǔn)信號REFRQ用作REF信號。
圖6是表示本實(shí)施方式的刷新周期產(chǎn)生電路001的溫度和刷新周期的第1關(guān)系的曲線圖。曲線圖的橫軸表示溫度，縱軸表示歸一化刷新周期。在曲線圖的縱軸上，t0表示歸一化了的刷新的1周期，用每前進(jìn)1格1周期t01就變?yōu)?倍的對數(shù)軸來表示。在圖6中，直線021表示DRAM單元的對數(shù)據(jù)保持特性(數(shù)據(jù)保持所需的刷新周期)的溫度依賴性，曲線025表示刷新周期產(chǎn)生電路001的刷新周期的第1溫度依賴性。溫度傳感器部016檢測在高溫部的頻率的溫度依賴的飽和出現(xiàn)的溫度T0。并且，在溫度T0以上時，由頻率選擇電路017選擇由分頻電路017較少地分頻后(周期短，頻率高)的信號的1個，生成刷新基準(zhǔn)信號REFRQ。采用所生成的刷新基準(zhǔn)信號REERQ來執(zhí)行刷新，這樣就可對應(yīng)數(shù)據(jù)保持時間的減小。
另一方面，溫度傳感器部016檢測在低溫部的溫度依賴性的飽和出現(xiàn)的附近的溫度T1，溫度T0～T1的間隔按照振蕩電路部002的振蕩輸出OSCOUT的周期的溫度依賴性而模擬性地改變周期。另外，實(shí)際的周期可以按照分頻電路015的分頻輸出，取為環(huán)形振蕩器014的幾倍的周期。溫度比T1低的話，在頻率選擇電路017中就選擇長的周期，能實(shí)現(xiàn)低電流的刷新。把溫度依賴飽和點(diǎn)的檢測溫度TO、T1值的設(shè)定和周期的切換取為幾倍是通過設(shè)計(jì)的選擇來適當(dāng)設(shè)定的。再有，溫度傳感器部016檢測比溫度T1在低溫區(qū)域的溫度T2、T3，隨著溫度的降低使刷新周期更長，就能實(shí)現(xiàn)低消耗功率。
另外，在頻率選擇電路17中選擇頻率的場合，為了獲得更低的頻率，也可以設(shè)置別的低頻率振蕩器來代替環(huán)形振蕩器014，對其信號進(jìn)行分頻、選擇。還有，此時環(huán)形振蕩器014的動作可以停止。
其次，圖7是表示本實(shí)施方式的刷新周期產(chǎn)生電路001的溫度和刷新周期的第2關(guān)系的曲線圖。另外，曲線圖的橫軸、縱軸的表示與圖6相同。在圖7中，直線021表示DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性的溫度依賴性，曲線026表示刷新周期產(chǎn)生電路001的刷新周期的第2溫度依賴性。如圖7所示，在模擬振蕩電路部002不再表現(xiàn)正的頻率的溫度依賴的低溫區(qū)域，由溫度傳感器部016對溫度T1進(jìn)行檢測。并且，由頻率選擇電路017來選擇由分頻電路015分頻后的信號的1個，生成刷新基準(zhǔn)信號REFRQ。
另一方面，在特別高溫區(qū)域，例如環(huán)境溫度40～70℃，直接使用模擬振蕩電路部002的輸出，生成刷新基準(zhǔn)信號REFRQ。圖7的例子中，把使模擬振蕩電路部002動作的溫度設(shè)定在高溫側(cè)，在低溫部，在不依賴于溫度的固定狀態(tài)下，根據(jù)需要對其信號進(jìn)行分頻，降低整體的消耗電流。這樣，在本實(shí)施方式的第2溫度依賴性中，表示刷新周期產(chǎn)生電路001的刷新周期的溫度依賴性的曲線026通過在高溫部必要且充分地取得余量，就能降低分頻電路015的分頻輸出的數(shù)，除了降低消耗電流之外，還能減少溫度傳感器部016的溫度檢測點(diǎn)，這是其優(yōu)點(diǎn)。
圖8表示特別適合于要求刷新的消耗功率少的DRAM產(chǎn)品的本實(shí)施方式的構(gòu)成例。普通的DRAM產(chǎn)品中原本DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性偏差大，因而采用在產(chǎn)品化時測量DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性的實(shí)力，設(shè)定適合于其實(shí)力的刷新周期的技術(shù)。在作為其一例的圖8中表示在本實(shí)施方式的刷新周期產(chǎn)生電路001之外再加上與DRAM單元的數(shù)據(jù)保持特性對應(yīng)的刷新周期調(diào)整電路020。刷新周期調(diào)整電路020中包含保險絲塊018、第2分頻器019、第2頻率選擇電路027。在這樣的構(gòu)成中，刷新基準(zhǔn)信號REFRQ從刷新周期產(chǎn)生電路001向第2分頻器019輸出，從第2頻率選擇電路027輸出向DRAM單元的刷新信號REF。
在圖8中，DRAM產(chǎn)品所適合的刷新周期的設(shè)定是預(yù)先測量DRAM單元的數(shù)據(jù)保持時間和保險絲無切斷時所選擇的刷新信號REF的頻率(或保險絲無切斷時的刷新信號的周期)，采用該結(jié)果，按照必要的刷新周期而切斷保險絲來進(jìn)行的。刷新周期調(diào)整電路020，像以上說明了的一樣，根據(jù)保險絲塊018內(nèi)的保險絲的切斷狀況，由第2選擇電路027來選擇該DRAM產(chǎn)品的DRAM單元所需的最適合的刷新周期，輸出刷新信號REF。
這樣與本實(shí)施方式的構(gòu)成一起，利用圖8所示的技術(shù)，在高溫側(cè)進(jìn)行刷新周期的調(diào)整，就能像圖7所示的曲線圖一樣，使其恰當(dāng)?shù)胤细邷貐^(qū)域的數(shù)據(jù)保持特性的規(guī)格。除此之外，在低溫區(qū)域DC性地流過的待機(jī)電流占較大比例，因而即使并不那么嚴(yán)格地決定周期來降低低溫區(qū)域的刷新的消耗電流，相對而言也能把待機(jī)下以定期間隔進(jìn)行刷新時的消耗電流控制在目標(biāo)值以下。另外，圖8所示的刷新周期調(diào)整電路020除了設(shè)在刷新周期產(chǎn)生電路001的后級以外，也可以是設(shè)在環(huán)形振蕩器014和分頻電路015之間的構(gòu)成。
此處，如上所述，在低溫區(qū)域中以定期間隔DC性地流過的待機(jī)電流，例如在模擬振蕩電路部002中，流過電流源IS01、IS02及環(huán)形振蕩器控制電流ISOC、帶隙型基準(zhǔn)電位產(chǎn)生電路011、環(huán)形振蕩器014等。特別是在振蕩周期的溫度依賴性飽和了的溫度區(qū)域，不需要使用消耗功率大、頻率具有正的溫度依賴性的模擬振蕩電路部002。因此，也可以停止模擬振蕩電路部002的動作(使消耗功率為零)，切換為別的消耗功率少的振蕩器來使用。
還有，模擬振蕩電路部002在圖4所示的電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013中輸入的電壓VBE和比較電壓VRTR0相等的溫度下，迎來振蕩頻率的溫度變化的變曲點(diǎn)。隨著從該溫度到更高溫側(cè)，或更低溫側(cè)，其頻率慢慢接近不隨溫度變化的一定值。調(diào)整圖4的構(gòu)成中包括的差動放大器的放大率，就能改變上述振蕩頻率的溫度傾斜的系數(shù)。因此，頻率具有正的溫度系數(shù)的規(guī)定的溫度范圍可以通過改變電路結(jié)構(gòu)及晶體管的尺寸來改變。此處，關(guān)于具有正的溫度系數(shù)的規(guī)定的溫度范圍定義如下。
在圖4的電流控制用偏壓產(chǎn)生電路013和圖5的環(huán)形振蕩器014中，環(huán)形振蕩器014以最大頻率Fmax進(jìn)行動作是在圖4的差動放大器中比較信號側(cè)輸出N01的值取最大值的場合。即，流向電流源IS01的電流大體上全部經(jīng)由P溝道晶體管QP07和N溝道晶體管QN07而流動的場合。比較信號側(cè)輸出N01的值取最大值，具體確定了時，電流控制信號OSCBP、OSCBN就被唯一決定。
還有，環(huán)形振蕩器014以最小頻率Fmin進(jìn)行動作是在圖4的差動放大器中比較信號側(cè)輸出N01的值取最小值的場合。即，流向電流源IS01的電流大體上全部經(jīng)由P溝道晶體管QP08和N溝道晶體管QN06而流動的場合，比較信號側(cè)輸出N01變?yōu)榻拥仉娖礁浇?，N溝道晶體管QN07、QN08截止的場合。此時，N溝道晶體管QN08截止，因而由P溝道晶體管QP09和恒流源IS02的值來唯一決定電流控制信號OSCBP、OSCBN。
此處，模擬振蕩電路部002把具有正的溫度依賴性的最小頻率Fmin設(shè)為f0的話，最大頻率Fmax大概為其數(shù)倍的程度(例如6倍)。即，F(xiàn)max＝6×(Fmin)＝6×(f0)的關(guān)系成立。因此，在圖6或圖7的表示溫度和刷新周期的關(guān)系的曲線圖中，頻率(曲線圖上為周期)的振幅變化6倍，因而對縱的對數(shù)軸(Log6-Log1)就成為整體振幅。現(xiàn)在對于該對數(shù)軸的頻率(曲線圖上為周期)的振幅進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果，在85％～90％以上的范圍處在規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)，15％～10％以下的范圍處在規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)時，獲得了良好的特性。
在該對數(shù)軸的頻率(曲線圖上為周期)的振幅中，考慮85％以上的范圍處在規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)，同15％以下的范圍處在規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)的場合。此時，刷新周期產(chǎn)生電路001中，上述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)可以看作最高振蕩頻率的77％以上的振蕩范圍。最高振蕩頻率的77％由(10的Log1次方)÷(10的0.15×[Log6-Log1]次方)來算出。還有，上述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)可以看作最低振蕩頻率的130％以下的振蕩范圍。該最低振蕩頻率的130％由(10的[Log6-Log1]次方)÷(10的0.85×[Log6-Log1]次方)來算出。
還有，在該對數(shù)軸的頻率(曲線圖上為周期)的振幅中，考慮90％以上的范圍處在規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)，同10％以下的范圍處在規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)的場合。此時，刷新周期產(chǎn)生電路001中，上述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)可以看作最高振蕩頻率的84％以上的振蕩范圍。該最高振蕩頻率的84％由(10的Log1次方)÷(10的0.10×[Log6-Log1]次方)來算出。還有，上述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)可以看作最低振蕩頻率的119％以下的振蕩范圍。該最低振蕩頻率的119％由(10的[Log6-Log1]次方)÷(10的0.90×[Log6-Log1]次方)來算出。
像以上說明一樣，根據(jù)本發(fā)明，使得在刷新周期的溫度依賴苛刻的溫度范圍(T0～T1)具有模擬性的溫度依賴，把高溫部的模擬振蕩電路部002的飽和溫度附近作為DRAM產(chǎn)品的動作保證溫度的上限程度。而且，在高溫部，從DRAM單元的數(shù)據(jù)保持動作的保證的觀點(diǎn)來看，以更短的周期來切換刷新周期(在頻率選擇電路017中用分頻電路015選擇更短的周期。根據(jù)場合也可以倍頻。)。另一方面，在低溫部，在模擬性的溫度依賴消失了之后，DRAM單元的數(shù)據(jù)保持時間比較有富余，因而能把動作余量取大一點(diǎn)。因此，采用本發(fā)明，即使在用具有偏差大的數(shù)字性的溫度依賴的刷新周期的場合，也可安全動作。
權(quán)利要求
1.一種刷新周期產(chǎn)生電路，產(chǎn)生刷新DRAM單元時的刷新周期，其構(gòu)成具有以對環(huán)境溫度具有溫度依賴性的頻率進(jìn)行振蕩的振蕩電路部；對所述振蕩電路部的振蕩輸出進(jìn)行分頻的分頻電路；檢測所述環(huán)境溫度的溫度檢測器；以及根據(jù)所述溫度檢測器的輸出，可切換地選擇輸出來自所述分頻電路的多個頻率的分頻輸出，輸出作為所述刷新周期的基準(zhǔn)的信號的選擇電路，所述振蕩電路部的所述溫度依賴性在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)具有正的溫度系數(shù)，而在所述規(guī)定的溫度范圍外不具有正的溫度系數(shù)，所述選擇電路在所述規(guī)定的溫度范圍外進(jìn)行所述分頻輸出的切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刷新周期產(chǎn)生電路，搭載在包含所述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上，由所述選擇電路把所述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)的所述分頻輸出的切換溫度設(shè)定在所述半導(dǎo)體裝置的動作保證溫度的范圍外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刷新周期產(chǎn)生電路，搭載在包含所述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上，所述選擇電路在所述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)不進(jìn)行所述分頻輸出的切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刷新周期產(chǎn)生電路，搭載在包含所述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上，所述選擇電路在所述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)切換所述分頻輸出時，向與具有所述正的溫度系數(shù)的區(qū)間的所述振蕩電路部的消耗功率相比，消耗功率減小的方向進(jìn)行切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刷新周期產(chǎn)生電路，搭載在包含所述DRAM單元的半導(dǎo)體裝置上，構(gòu)成為，還具有以比所述振蕩電路部更長的振蕩周期進(jìn)行振蕩的第2振蕩電路部，在所述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)的所述分頻輸出的切換是把所述振蕩電路部切換為所述第2振蕩電路部來進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刷新周期產(chǎn)生電路，其中，所述規(guī)定的溫度范圍外的高溫側(cè)看作最高振蕩頻率的77％及以上的振蕩范圍，并且，所述規(guī)定的溫度范圍外的低溫側(cè)看作最低振蕩頻率的130％及以下的振蕩范圍。
全文摘要
一種刷新周期產(chǎn)生電路，產(chǎn)生刷新DRAM單元時的刷新周期，其構(gòu)成具有以對環(huán)境溫度具有溫度依賴性的頻率進(jìn)行振蕩的振蕩電路部；對該振蕩電路部的振蕩輸出進(jìn)行分頻的分頻電路；檢測環(huán)境溫度的溫度檢測器；以及根據(jù)該溫度檢測器的輸出，可切換地選擇輸出來自分頻電路的多個頻率的分頻輸出，輸出作為刷新周期的基準(zhǔn)的信號的選擇電路，振蕩電路部的溫度依賴性在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)具有正的溫度系數(shù)，而在規(guī)定的溫度范圍外不具有正的溫度系數(shù)，選擇電路在規(guī)定的溫度范圍外進(jìn)行分頻輸出的切換。
文檔編號G11C11/401GK1734667SQ20051008489
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者伊藤豐, 大平信裕 申請人:爾必達(dá)存儲器株式會社