电压产生电路以及使用该电压产生电路的半导体装置

文档序号:574784 发布日期:2021-05-21 浏览:28次 >En<

阅读说明:本技术 电压产生电路以及使用该电压产生电路的半导体装置 (Voltage generating circuit and semiconductor device using the same ) 是由 村上洋树 于 2020-11-19 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种电压产生电路以及使用该电压产生电路的半导体装置,该电压产生电路能够追求省空间化、构成简易、并且产生高信赖性的电压。本发明的电压产生电路包含基准电压产生部、PTAT电压产生部、比较部以及选择部。基准电压产生部产生几乎没有温度依存性的基准电压。PTAT电压产生部产生具有正或负的温度依存性的温度依存电压,且温度依存电压在目标温度时具有与基准电压相等的电压。比较部比较基准电压以及温度依存电压。选择部基于比较部的比较结果,选择基准电压及温度依存电压的其中一个,并输出所选择的基准电压或温度依存电压。(The invention provides a voltage generating circuit and a semiconductor device using the same, wherein the voltage generating circuit is capable of pursuing space saving, simple structure and high reliability voltage generation. A voltage generation circuit includes a reference voltage generation unit, a PTAT voltage generation unit, a comparison unit, and a selection unit. The reference voltage generating unit generates a reference voltage having almost no temperature dependency. The PTAT voltage generating unit generates a temperature-dependent voltage having positive or negative temperature dependency, and the temperature-dependent voltage has a voltage equal to the reference voltage at the target temperature. The comparison unit compares the reference voltage and the temperature-dependent voltage. The selection unit selects one of the reference voltage and the temperature-dependent voltage based on the comparison result of the comparison unit, and outputs the selected reference voltage or temperature-dependent voltage.)

电压产生电路以及使用该电压产生电路的半导体装置

技术领域

本发明是关于一种电压产生电路,特别是关于一种产生温度补偿后基准电压的电压产生电路。

背景技术

诸如存储器或逻辑等半导体装置中,一般藉由产生对应于操作温度的温度补偿后电压,并利用温度补偿后电压让电路运作,以维持电路的信赖性。举例来说,存储器电路中,当读取数据时,若读取电流因温度变化而减低,将造成读取裕度(Margin)减低,且无法读取正确的数据。因此,通常会藉由使用温度补偿后电压来读取数据,以防止读取电流减低,或是让用来与读取电流比较的参照电流,同样与读取电流拥有温度依存性。举例来说,日本特开2016-173869号公报揭示了一种方法,将电压补偿后电流与温度补偿后电流,加上不会依存温度以及电源电压的基极(Base)电流,来产生参照电流。

如上面记载,半导体装置搭载了温度补偿电路,产生具有温度依存性的电压,以对应温度变化。图1(A)示意既有的温度补偿电路的其中一例。此温度补偿电路具有:晶载(On-chip)的温度感测器10;逻辑部20,其接收温度感测器10的检测结果,并运算出温度补偿后电压电平;以及类比部30,根据逻辑部20的运算结果,输出温度补偿后电压。

温度感测器10具有:基准电路12,产生不依存温度的基准电压VRET,还有响应晶载上的操作温度的检测电压VSEN;以及ADC(类比数字转换器)14,接收基准电压VRET以及检测电压VSEN,以将检测电压VSEN的类比电压转换成数字电压。举例来说,如图1(B)所示,ADC 14根据基准电压VRET设定最小电平。逻辑部20基于补偿制造公差的修剪码(Trim Code),以及来自于温度感测器10的数字输出,算出有多大的温度补偿后电压会从类比部30产生。类比部30包含多个调节器,用以基于逻辑部20的算出结果产生温度补偿后电压。举例来说,为了从记忆单元读取数据,其中一个调节器可产生施加在晶体管的栅极的读取电压。

图1(B)示意响应于温度Ta的变化而带有正斜率Tc的检测电压VSEN,与ADC 14的输出之间的关系。如同图所示,ADC 14从最小电平到最大电平的分解能之间,以步阶宽度将检测电压VSEN量化(数字处理)。因此,最后由类比部30输出的温度补偿后电压中,会含有量化杂讯(步阶宽度),而未必就是线性或要求的温度补偿电压。举例来说,在某个转移温度需要温度补偿后电压VTp时,将受到量化杂讯的影响,而无法获得温度补偿后电压VTp,因此,可能会无法实现电路的运作性能。另外,晶载的温度感测器10或逻辑部20的电路规模很大,因此需要较大的布局面积,且逻辑部20的控制也很复杂。

发明内容

本发明的目的在于解决像这样的既有课题,并提供一种电压产生电路以及使用该电压产生电路的半导体装置,能够追求省空间化、构成简易、并且产生高信赖性的电压。

关于本发明的电压产生电路,包含:基准电压产生部,产生实质上没有温度依存性的基准电压;温度依存电压产生部,具有正或负的温度依存性,产生在目标温度时具有与该基准电压相等的电压的至少一温度依存电压;比较部,比较该基准电压以及该温度依存电压;以及选择部,基于该比较部的比较结果,选择该基准电压及该温度依存电压的其中一个,并将所选择的该基准电压或该温度依存电压作为温度补偿基准电压而输出。

关于本发明的半导体装置,包含:以上记载的电压产生电路;以及驱动装置,基于该电压产生电路所产生的该基准电压或该温度依存电压而驱动电路。某实施态样中,该驱动装置包含连接记忆单元的晶体管;该驱动装置在比该目标温度低的温度范围内,对该晶体管的栅极,施加基于该基准电压的驱动电压;在该目标温度以上的温度范围内,对该晶体管的栅极,施加基于带有正斜率的温度依存电压的驱动电压。某实施态样中,该记忆单元包含可变电阻元件,以及连接该可变电阻元件的存取用晶体管;该驱动装置通过字元线,对该存取用晶体管的栅极,施加该基准电压或该温度依存电压。

根据本发明,比较基准电压以及温度依存电压,基于比较结果选择基准电压或温度依存电压,并输出所选择的基准电压或温度依存电压,因此,可以获得高信赖性的电压,且该电压不包含AD转换器所产生的量化杂讯。除此之外,并不需要像现有技术中的那种晶载的温度感测器,或用以从该温度感测器的结果算出温度补偿电压的逻辑,因此,能够削减电路规模,并追求省空间化。

附图说明

图1(A)~图1(B)说明使用既有晶载的温度感测器的温度补偿后基准电压的产生方法。

图2为一方块图,示意关于本发明第1实施例的电压产生电路的构成。

图3为一方块图,示意关于本发明第2实施例的电压产生电路的构成。

图4中的(A)~(C-2)为本发明第1以及第2实施例所产生的温度补偿后基准电压的波形例。

图5为一方块图,示意关于本发明第3实施例的电压产生电路的构成。

图6为一方块图,示意关于本发明第4实施例的电压产生电路的构成。

图7中的(A)~(E-2)为本发明第3以及第4实施例所产生的温度补偿后基准电压的波形例。

图8(A)~图8(C)为关于本发明第2实施例的电压产生电路的详细构成例。

图9为关于本发明第3实施例的电压产生电路的详细构成例。

图10示意应用关于本发明实施例的电压产生电路的可变电阻式随机存取存储器的构成。

附图标记:

10:温度感测器

12:基准电路

14:ADC(类比/数字转换器)

20:逻辑部

30:类比部

100,100A,100B,100C:电压产生电路

110,110C:基准电压产生部

120,120A,120B,120C:PTAT电压产生部

122:DC电压调整部

130,130B,130C:比较部

140,140B,140C:选择部

200:可变电阻式存储器

210:存储器阵列

210-1,210-2,210-m:子阵列

220:行解码器与驱动电路(X-DEC)

230:列解码器与驱动电路(Y-DEC)

240:列选择电路(YMUX)

250:控制电路

260:感测放大器(SA)

270:写入驱动·读取偏压电路(WD)

AMP:差动放大电路

BL:位线

COMP0~COMP3:比较结果

Control:控制信号

CP,CP0,CP1:比较器

DI,DO:内部数据汇流排

DQ:输出端

GBL:全域位线

GSL:全域源极线

iBGR(Vcc):电源电压

INV:反相器

P1,P2,P3:PMOS晶体管

Q1,Q2:晶体管

R1~R8:电阻

SBL,SSL:选择信号

SL:源极线

SW,SW1,SW2,SW3:CMOS开关

Ta:温度

Tc:温度斜率

Tg,Tg0,Tg1:目标温度

Tg+P:目标温度

Tg-P:目标温度

VGRET:温度补偿后基准电压

VOFFSET:DC偏置电压

VPTAT,VPTAT0,VPTAT1:温度依存电压

VPTAT_int:初始温度依存电压

VRET,VRET0,VRET1:基准电压

VSEN:检测电压

VR:可变电阻

WL:字元线

X-Add:行位址

Y-Add:列位址

具体实施方式

接着,针对本发明的实施形态,参照图式进行说明。藉由本发明的电压产生电路所产生的温度补偿后基准电压,可准确地实现半导体装置的电路等的设计规格的性能。本发明的温度补偿后基准电压可以包含在某个温度范围内几乎不与温度依存的电压,以及在某个温度范围内与温度依存的电压的组合。电压产生电路将至少一个几乎不与温度依存的电压与至少一个与温度依存的电压进行比较,选择任一方较高的电压、任一方较低的电压、或是以其他方法所产生的几乎不与温度依存的电压或与温度依存的电压,并将所选择的电压作为温度补偿后电压而输出。举例来说,在某个低于目标温度的温度范围内,输出斜率几乎恒定的基准电压;在目标温度以上的温度范围内,输出带有正或负的斜率的温度依存电压。

关于本发明的电压产生装置,可以实装于各种的半导体装置,例如:可变电阻式存储器或快闪存储器、微处理器、微控制器、逻辑、应用特定集成电路、数字信号处理器、处理影像或声音的电路设备、或处理无线信号等信号的电路等。

图2为关于本发明第1实施例的电压产生电路的构成的方块示意图。本实施例的电压产生电路100包含:基准电压产生部110,产生几乎不与温度依存的基准电压VRET;PTAT(Proportional-to-absolute-temperature,和绝对温度成比例)电压产生部120,产生与温度依存的温度依存电压VPTAT;比较部130,比较基准电压VRET以及温度依存电压VPTAT;以及选择部140,基于比较部130的比较结果,选择基准电压VRET及温度依存电压VPTAT的其中一个,并输出所选择的基准电压VRET或温度依存电压VPTAT

基准电压产生部110包含能带隙参考电路(Band Gap Reference Circuit,以下称BGR电路),产生几乎不与电源电压或运作温度依存的电压,基准电压产生部110利用BGR电路产生的电压,产生基准电压VRET。另外,虽然此处并未图示,但基准电压产生部110还可以包含修剪电路,用以补偿电路的制造公差。修剪电路举例来说,包含可变电阻,相应从非挥发性存储器读取的修剪码让电阻值变化,修剪电路藉由该可变电阻调整基准电压VRET的电压电平。

PTAT电压产生部120产生带有正斜率的温度依存电压VPTAT,或带有负斜率的温度依存电压VPTAT。某实施态样中,PTAT电压产生部120可以利用基准电压产生部110所产生的基准电压VRET以产生温度依存电压VPTAT,但并不以此为限;PTAT电压产生部120自己也可以产生温度依存电压VPTAT

PTAT电压产生部120可以事先调整为在操作温度变化时,产生电路所要求的带有正或负斜率的电压。举例来说,当电路的运作温度超过某个温度Tp时,若需要带有正的斜率α的电压,则PTAT电压产生部120可以事先调整为产生带有正的斜率α的温度依存电压VPTAT。或者,当电路的运作温度超过某个温度Tp时,若需要带有负的斜率β的电压,则PTAT电压产生部120可以事先调整为产生带有负的斜率β的温度依存电压VPTAT。PTAT电压产生部120的构成并没有特别限定,举例来说,可以包含带有正的温度特性的一个或多个电阻,或是带有负的温度特性的一个或多个双极晶体管,或是以半导体材料制造的电阻等。

比较部130接收并比较基准电压VRET与温度依存电压VPTAT,且将该比较结果输出至选择部140。比较部130举例来说,当基准电压VRET≧温度依存电压VPTAT时,输出H电平的信号;当基准电压VRET<温度依存电压VPTAT时,输出L电平的信号。

选择部140基于比较部130的比较结果,选择基准电压VRET及温度依存电压VPTAT中较高或较低的一方,并将其输出。举例来说,当基准电压VRET≧温度依存电压VPTAT时,选择基准电压VRET;当基准电压VRET<温度依存电压VPTAT时,选择温度依存电压VPTAT。或者,也可以把上述关系反过来,当基准电压VRET≧温度依存电压VPTAT时,选择温度依存电压VPTAT;当基准电压VRET<温度依存电压VPTAT时,选择基准电压VRET

图4中的(A)和(B)示意基准电压VRET与温度依存电压VPTAT的关系例。于图4中的(A)图中,响应于温度Ta的变化,基准电压产生部110产生几乎没有斜率的基准电压VRET,PTAT电压产生部120产生带有正斜率的温度依存电压VPTAT。温度Ta的单位例如为摄氏[℃],基准电压VRET与温度依存电压VPTAT的单位例如为伏特[V]。目标温度Tg是当基准电压VRET等于温度依存电压VPTAT时所对应的温度,且温度补偿是以目标温度Tg为边界来进行。PTAT电压产生部120可以被预先调整为产生在目标温度Tg时与基准电压VRET交叉,且符合要求的正斜率的温度依存电压VPTAT

于图4中的(A)图所对应的一实施例中,选择部140的输出如图4中的(A-1)所示,选择部140选择基准电压VRET及温度依存电压VPTAT中较高的一方作为输出。因此,由电压产生电路100输出的温度补偿后基准电压VGRET,在比目标温度Tg还低的温度范围内等于基准电压VRET;在目标温度Tg以上的温度范围内等于温度依存电压VPTAT

于图4中的(A)图所对应的另一实施例中,选择部140的输出如图4中的(A-2)所示,选择部140选择基准电压VRET及温度依存电压VPTAT较低的一方作为输出。在这种情况下,由电压产生电路100输出的温度补偿后基准电压VGRET,在比目标温度Tg还低的温度范围内等于温度依存电压VPTAT;在目标温度Tg以上的温度范围内等于基准电压VRET

另一方面,于图4的(B)中,响应于温度Ta的变化,基准电压产生部110产生几乎没有斜率的基准电压VRET,PTAT电压产生部120产生带有负斜率的温度依存电压VPTAT。PTAT电压产生部120可以被预先调整为产生在目标温度Tg时与基准电压VRET交叉,且符合要求的负斜率的温度依存电压VPTAT

于图4中的(B)图所对应的一实施例中,选择部140的输出如图4中的(B-1)所示,选择部140选择基准电压VRET及温度依存电压VPTAT中较高的一方作为输出。因此,由电压产生电路100输出的温度补偿后基准电压VGRET,在比目标温度Tg还低的温度范围内等于温度依存电压VPTAT;在目标温度Tg以上的温度范围内等于基准电压VRET

于图4中的(B)图所对应的另一实施例中,选择部140的输出如图4中的(B-2)所示,选择部140选择基准电压VRET及温度依存电压VPTAT中较低的一方作为输出。在这种情况下,由电压产生电路100输出的温度补偿后基准电压VGRET,在比目标温度Tg还低的温度范围内等于基准电压VRET;在目标温度Tg以上的温度范围内等于温度依存电压VPTAT

由电压产生电路100输出的温度补偿后基准电压VGRET,可以直接提供给对应的电路;或者,也可以通过运算放大器或调节器等的转换电路,转换为期望的电压电平之后再提供给对应的电路。

接着,针对本发明第2实施例进行说明。图3示意关于第2实施例的电压产生电路100A的构成,与图2相同的构成会给予同一个符号。于第2实施例中,PTAT电压产生部120A包含DC(直流)电压调整部122,其被配置为将温度依存电压VPTAT的DC电压往正或负的方向偏置。如上面记载,温度依存电压VPTAT可以被设定成在目标温度Tg时与基准电压VRET交叉,然而基于电路的制造公差等原因,有的时候需要将目标温度Tg往正或负的方向调整。

举例来说,如图4中的(C)所示,PTAT电压产生部120A所产生的初始温度依存电压VPTAT_int在目标温度Tg与基准电压VRET交叉,但由于目标温度Tg受到电路的制造公差等影响,因此本实施例藉由DC电压调整部122将目标温度Tg平移到Tg-P或者Tg+P。如图4中的(C-1)所示,DC电压调整部122能够将初始温度依存电压VPTAT_int加上DC偏置电压VOFFSET,藉以产生温度依存电压VPTAT,以将目标温度Tg向下平移到Tg-P。或者,如图4中的(C-2)所示,DC电压调整部122能够将初始温度依存电压VPTAT_int减去DC偏置电压VOFFSET,藉以产生温度依存电压VPTAT,以将目标温度Tg向上平移到Tg+P。

接着,针对本发明第3实施例进行说明。图5为关于本发明第3实施例的电压产生电路100B的方块示意图,与图2相同的构成会给予同一个符号。于第3实施例中,PTAT电压产生部120B产生分别在不同的目标温度Tg0、Tg1与基准电压VRET交叉的两个温度依存电压VPTAT0、VPTAT1。两个温度依存电压VPTAT0、VPTAT1可具有相同或相异的斜率。比较部130B个别比较基准电压VRET与温度依存电压VPTAT0、以及基准电压VRET与温度依存电压VPTAT1,并将个别的比较结果COMP0、COMP1输出至选择部140B。

选择部140B基于比较结果COMP0、COMP1的逻辑组合,选择基准电压VRET、温度依存电压VPTAT0、VPTAT1的其中一个作为温度补偿后基准电压VGRET。图7中的(A)、(B)、(C)、(D)例示几个态样。在图7中的(A)的范例中,温度依存电压VPTAT0具有负的斜率,且在目标温度Tg0时与基准电压VRET交叉;温度依存电压VPTAT1具有正的斜率,且在目标温度Tg1时与基准电压VRET交叉。根据图7中的(A)的范例,于一实施例中,选择部140B的输出可如图7中的(A-1)的范例所示,选择部140B在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择电压较高的温度依存电压VPTAT0作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,选择电压较高的基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择电压较高的温度依存电压VPTAT1作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。另外,根据图7中的(A)的范例,于另一实施例中,选择部140B的输出可如图7中的(A-2)的范例所示,选择部140B在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择电压较低的基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,选择电压较低的温度依存电压VPTAT0、VPTAT1作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择电压较低的基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。

在图7中的(B)的范例中,温度依存电压VPTAT0具有正的斜率,且在目标温度Tg0时与基准电压VRET交叉;温度依存电压VPTAT1具有负的斜率,且在目标温度Tg1时与基准电压VRET交叉。根据图7中的(B)的范例,于一实施例中,选择部140B的输出可如图7中的(B-1)的范例所示,选择部140B在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择电压较低的温度依存电压VPTAT0作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,选择电压较低的基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择电压较低的温度依存电压VPTAT1作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。另外,根据图7中的(B)的范例,于另一实施例中,选择部140B的输出可如图7中的(B-2)的范例所示,选择部140B在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择电压较高的基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,选择电压较高的温度依存电压VPTAT0、VPTAT1作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择电压较高的基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。

在图7中的(C)的范例中,温度依存电压VPTAT0具有正的斜率,且在目标温度Tg0时与基准电压VRET交叉;温度依存电压VPTAT1具有正的斜率,且在目标温度Tg1时与基准电压VRET交叉。温度依存电压VPTAT0的斜率与温度依存电压VPTAT1的斜率可以相等,也可以不相等。据此,选择部140B的输出可如图7中的(C-1)所示,在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择电压较低的温度依存电压VPTAT0作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,选择介于温度依存电压VPTAT0与温度依存电压VPTAT1之间的基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择电压较高的温度依存电压VPTAT1作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。

在图7中的(D)的范例中,温度依存电压VPTAT0具有负的斜率,且在目标温度Tg0时与基准电压VRET交叉;温度依存电压VPTAT1具有负的斜率,且在目标温度Tg1时与基准电压VRET交叉。温度依存电压VPTAT0的斜率与温度依存电压VPTAT1的斜率可以相等,也可以不相等。据此,选择部140B的输出可如图7中的(D-1)所示,在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择电压较高的温度依存电压VPTAT0作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,介于温度依存电压VPTAT0与温度依存电压VPTAT1之间的选择基准电压VRET作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择电压较低的温度依存电压VPTAT1作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。

如此根据本实施例,可以用两个边界(目标温度Tg0、Tg1)产生温度特性相异的温度补偿后基准电压VGRET,能够增加温度补偿电压的变化性。另外,第3实施例中能够应用第2实施例所说明的DC电压调整部122。

接着,针对本发明第4实施例进行说明。图6为关于本发明第4实施例的电压产生电路100C的方块示意图,与图5相同的构成会给予同一个符号。于第4实施例中,基准电压产生部110C产生电压值相异的两个基准电压VRET0、VRET1。在这种情况下,两个温度依存电压VPTAT0、VPTAT1,会分别与两个基准电压VRET0、VRET1在两个目标温度交叉。比较部130B将两个基准电压VRET0、VRET1以及两个温度依存电压VPTAT0、VPTAT1之间的四种组合进行比较,将多个比较结果COMP0、COMP1、COMP2、COMP3输出至选择部140C。选择部140C基于比较结果COMP0、COMP1、COMP2、COMP3的逻辑组合,选择基准电压VRET0、VRET1、温度依存电压VPTAT0、VPTAT1的其中一个作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。

在图7中的(E)的范例中,温度依存电压VPTAT0具有正的斜率,且在目标温度Tg0、Tg1时分别与基准电压VRET0、VRET1交叉;温度依存电压VPTAT1具有负的斜率(本实施例设定其绝对值与温度依存电压VPTAT0的正的斜率相等),且在目标温度Tg1、Tg0时分别与基准电压VRET0、VRET1交叉。根据图7中的(E)的范例,于一实施例中,选择部140C的输出可如图7中的(E-1)的范例所示,在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择部140C选择基准电压VRET0(即这些基准电压中较低的一者)作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,选择温度依存电压VPTAT0作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择基准电压VRET1(即这些基准电压中较高的一者)作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。根据图7中的(E)的范例,于另一实施例中,选择部140C的输出可如在图7中的(E-2)的范例中,在比目标温度Tg0还低的温度范围内,选择部140C选择基准电压VRET1(即这些基准电压中较高的一者)作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg0~Tg1的温度范围内,选择温度依存电压VPTAT1作为温度补偿后基准电压VGRET而输出;在目标温度Tg1以上的温度范围内,选择基准电压VRET0(即这些基准电压中较低的一者)作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。

如此根据本实施例,利用几乎没有温度依存性的两个基准电压VRET0、VRET1,以及具有温度依存性的两个温度依存电压VPTAT0、VPTAT1的组合,能够产生更加复杂的温度补偿后基准电压VGRET。另外,如果使用这样的温度补偿后基准电压VGRET,通过调节器或运算放大器等的转换电路,转换为期望的电压电平,则也可以进行转换后电压的温度补偿。

图8(A)~图8(C)为关于本发明第2实施例的电压产生电路100A的概略电路图。基准电压产生部110包含几乎不与电源电压Vcc的变动或温度变化依存的BGR电路。BGR电路举例来说如同图所示,包含第1以及第2电流路径,位于电源电压Vcc与接地电压GND之间;第1电流路径包括串联连接的PMOS晶体管P1、电阻R1及双极晶体管Q1;第2电流路径包括串联连接的PMOS晶体管P2、电阻R2、电阻R3及双极晶体管Q2(双极晶体管Q2的射极面积m,为双极晶体管Q1的射极面积的n倍)。另外,差动放大电路AMP的反相输入端(-)连接于电阻R1与双极晶体管Q1的连接节点;非反相输入端(+)连接于电阻R2与电阻R3的连接节点;输出端则共同连接PMOS晶体管P1、P2的栅极。藉由适当选择电阻R1、R2、R3、双极晶体管Q1、Q2,就可以从PMOS晶体管P2与电阻R2之间的连接节点,输出几乎没有温度依存性的基准电压VRET

PTAT电压产生部120A包括串联在电源电压Vcc与接地电压GND之间的PMOS晶体管P3、电阻R4、R5、R6、可变电阻VR及DC电压调整部122。PMOS晶体管P3的栅极与BGR电路的PMOS晶体管P1、P2连通,与BGR电路连通的电流iBGR,通过PMOS晶体管P3提供给电流路径。可变电阻VR调整电路的公差等,举例来说,根据预先准备的修剪码,来切换电阻分割的抽头(Tap)。藉由适当选择电阻R4、R5、R6,就可以从电阻R5与电阻R6之间的连接节点,输出温度依存电压VPTAT

图8(B)示意DC电压调整部122的构成例。DC电压调整部122包含差动放大电路,其反相输入端(-)用以接收基准电压VRET除以电阻R后的分压,其非反相输入端(+)用以接收电阻R7、R8之间的分压节点的电压,且其输出耦接至电阻R7。藉由调整电阻R,DC电压调整部122输出DC偏置电压VOFFSET,用以偏置初始温度依存电压VPTAT_int

图8(C)示意比较部130与选择部140的构成。比较部130包含比较器COMP,其接收且比较基准电压VRET与温度依存电压VPTAT,并输出H或L电平的信号以表示基准电压VRET与温度依存电压VPTAT的比较结果。选择部140包含反相器INV,其接收比较部130的输出;以及CMOS开关SW,包括多个CMOS晶体管。于本实施例中,CMOS开关SW的其中一个CMOS晶体管接收基准电压VRET,而另一个CMOS晶体管接收温度依存电压VPTAT,且CMOS开关SW基于比较器COMP的比较结果的反向值(即反相器INV的输出)选择基准电压VRET与温度依存电压VPTAT中的其中一者,并将被选择的一者作为温度补偿后基准电压VGRET输出。选择部140基于比较器COMP的比较结果,选择温度依存电压VPTAT及基准电压VRET中较高的一者作为输出。举例来说,当温度依存电压VPTAT>基准电压VRET时,比较器COMP的输出为H电平,且CMOS开关SW中耦接至输入温度依存电压VPTAT的CMOS晶体管导通,耦接至基准电压VRET的CMOS晶体管断开,并输出温度依存电圧VPTAT作为温度补偿后基准电压VGRET

图9为关于本发明第3实施例的电压产生电路100B的构成例。第3实施例中,基准电压产生部110产生基准电压VRET,PTAT电压产生部120B产生两个温度依存电压VPTAT0、VPTAT1,且比较部130B接收基准电压VRET及这些温度依存电压VPTAT0、VPTAT1。比较部130B包含:比较器CP0,比较基准电压VRET与温度依存电压VPTAT0,且输出比较结果COMP0;以及比较器CP1,比较基准电压VRET与温度依存电压VPTAT1,且输出比较结果COMP1。

选择部140B包含:三个NAND栅(反及栅),被配置以执行比较器CP0、CP1的比较结果COMP0、COMP1的多种组合的逻辑运算;多个反向器,其输入端分别耦接至这些NAND栅的输出;以及CMOS开关SW1、SW2、SW3,分别耦接至这些反相器。CMOS开关SW1的输入端接收温度依存电压VPTAT0;CMOS开关SW2的输入端接收基准电压VRET;且CMOS开关SW3的输入端接收温度依存电压VPTAT1。CMOS开关SW1、SW2、SW3的其中一者依据COMP0、COMP1的逻辑运算结果而被导通,藉此温度依存电压VPTAT0、VPTAT1与基准电压VRET的其中一者可以被选择以作为温度补偿后基准电压VGRET而输出。

接着,图10例示可变电阻式随机存取存储器的构成,作为应用关于本发明实施例的电压产生电路的半导体装置的其中一例。本实施例的可变电阻式存储器200包含存储器阵列210、行解码器与驱动电路(X-DEC)220、列解码器与驱动电路(Y-DEC)230、列选择电路(YMUX)240、控制电路250、感测放大器260及写入驱动·读取偏压电路270以及上述实施例所说明用以产生温度补偿后基准电压VGRET的电压产生电路100。存储器阵列210以行列状配置有多个记忆单元,各记忆单元包含可变电阻元与存取用晶体管。行解码器与驱动电路(X-DEC)220基于行位址X-Add进行字元线WL的选择及驱动。列解码器与驱动电路(Y-DEC)230基于列位址Y-Add产生选择信号SBL及SSL,该选择信号SBL及SSL是分别用以选择全域位线GBL以及全域源极线GSL。列选择电路(YMUX)240基于选择信号SBL,选择全域位线GBL与位线BL之间的连接,以及基于选择信号SSL选择全域源极线GSL与源极线SL之间的连接。控制电路250,基于从外部接收的指令、位址、以及数据等以控制各部。感测放大器260通过被选择的全域位线GBL与位线BL感测记忆单元读取出的数据。写入驱动·读取偏压电路270,通过被选择的全域位线GBL与位线BL施加读取运作时的偏压电压,施加写入运作时的设定、重设相应的电压。

存储器阵列210包含m个子阵列210-1、210-2、…、110-m,m个列选择电路(YMUX)240对应连接m个子阵列。m个列选择电路(YMUX)240分别地连接至感测放大器260以及写入驱动·读取偏压电路270。于读取运作时,感测放大器260所感测到的读取数据,通过内部数据汇流排DO输出至控制电路250;于写入运作时,由外部输入的写入数据,从控制电路250通过内部数据汇流排DI让写入驱动·读取偏压电路270接收。

在存取记忆单元时,藉由行解码器与驱动电路(X-DEC)220选择字元线WL,让存取用晶体管导通,被选择的记忆单元通过列选择电路(YMUX)240,与被选择的位线BL以及源极线SL电气连接。在写入运作时,写入驱动·读取偏压电路270所产生的设定或重设相应的电压,通过被选择的位线BL以及被选择的源极线SL施加在被选择的记忆单元。在读取运作时,写入驱动·读取偏压电路270所产生的读取电压,通过被选择的位线BL以及被选择的源极线SL施加在被选择的记忆单元;而可变电阻元件经过设定或重设后所相应的电压或电流,可通过被选择的位线BL以及被选择的源极线SL由感测放大器260所感测。通常,将可变电阻元件写入成低电阻状态,我们称之为“设定”(SET);将可变电阻元件写入成高电阻状态,我们称之为“重设”(RESET)。

电压产生电路100产生的温度补偿后基准电压VGRET,能够利用于写入驱动·读取偏压电路270或行解码器与驱动电路(X-DEC)220,以产生用来驱动存取用晶体管的字元线电压、写入选择记忆单元时的设定或重设电压、以及读取被选择的记忆单元时的偏压电压。

这里举例来说,当运作温度比室温(25℃)还高时,有可能造成驱动存取用晶体管的字元线电压变得不足够,而流经存取用晶体管的汲极电流减低。因此,我们希望行解码器与驱动电路220产生的字元线电压其形态为:从低温到室温的温度范围内为恒定;在超过室温的温度范围内以正的斜率上升。因此,电压产生电路100如图4中的(A-1)图所示,产生目标温度Tg符合室温的温度补偿后基准电压VGRET,由该温度补偿后基准电压VGRET所产生的电压,将提供给行解码器与驱动电路220。行解码器与驱动电路220可以将温度补偿后基准电压VGRET作为字元线电压来驱动存取用晶体管;或者也可以先通过运算放大器或调节器等转换电路,转换为期望的电压电平之后,再将其作为字元线电压来驱动存取用晶体管。

如此根据本实施例,比较基准电压VRET以及类比产生的温度依存电压VPTAT,基于该比较结果,选择基准电压VRET及温度依存电压VPTAT的其中一个,因此,并不需要像现有技术中的那种电路规模较大的晶载的温度感测器或逻辑,而能够追求布局的省空间化。除此之外,本实施例中,由于并不像现有技术那样使用DA转换器(数字/类比转换器),因此可以抑制量化杂讯所造成的基准电压的精度劣化。另外,本实施例的电压产生电路,除了能够应用在以上记载的可变电阻式存储器之外,还能够应用在各种的存储器或逻辑等的半导体装置的温度补偿电路。

详述了关于本发明较佳的实施形态,但本发明并非限定于特定的实施形态,在权利要求书所记载的发明要旨的范围内,可进行各种的变形/变更。

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