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Dokumentenidentifikation DE19540893A1 09.05.1996
Titel Referenzspannungserzeugungsschaltung mit einer Kompensationsfunktion gegenüber Variationen der Temperatur und der Versorgungsspannung
Anmelder Hyundai Electronics Industries Co., Ltd., Ichon, Kyoungki, KR
Erfinder Suh, Jeung Won, Ichon, Kyoungki, KR;
Jung, Chang Ho, Ichon, Kyoungki, KR
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Anmeldedatum 02.11.1995
DE-Aktenzeichen 19540893
Offenlegungstag 09.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.05.1996
IPC-Hauptklasse G11C 5/14
Zusammenfassung Eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung umfaßt einen Referenzspannungserzeugungsgenerator zur Erzeugung erster und zweiter Referenzspannungen, wobei die ersten und zweiten Referenzspannungen entgegengesetzte Antwortcharakteristiken bezüglich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweisen, eine Startschaltung zur Bestimmung eines Anfangszustandes des Referenzspannungserzeugungsgenerators in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb des Referenzspannungserzeugungsgenerators zu stabilieren, und einen Spannungsverstärker zur Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber der Variation der Temperatur in Erwiderung auf die ersten und zweiten Referenzspannungen des Referenzspannungsgenerators, derart, daß die Referenzspannung immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann. Die erste Referenzspannung hat eine positive Antwortcharakteristik und die zweite Referenzspannung hat eine negative Antwortcharakteristik jeweils in bezug auf die Temperatur und die Versorgungsspannung.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Referenzspannungserzeugungsschaltungen für Halbleiterspeichervorrichtungen und insbesondere auf eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung, die eine Referenzspannung mit immer konstantem Pegel erzeugen kann, unabhängig von Änderungen der Versorgungsspannung oder der Temperatur.

Beschreibung des Standes der Technik

Im allgemeinen muß ein Eingabesignal an der Eingabestufe einer Halbleiterspeichervorrichtung für Lese- /Schreiboperationen der Information in der Halbleiterspeichervorrichtung erkannt werden. Zu diesem Zweck wird das Eingabesignal mit einer Referenzspannung verglichen. Wenn der Spannungspegel des Eingabesignals höher ist als der der Referenzspannung, wird die Information als 1 oder mit hohem logischen Pegel erkannt. Wenn im Gegensatz dazu der Spannungspegel des Eingabesignals niedriger ist als der der Referenzspannung, wird die Information als 0 oder mit logisch niedrigem Pegel erkannt. Es wird eine Referenzspannungserzeugungsschaltung genutzt, um so eine Referenzspannung zu erzeugen. Die Referenzspannungserzeugungsschaltung ist üblicherweise mit einem Referenzspannungsgenerator zur Erzeugung einer anfänglichen Referenzspannung und einem Spannungsverstärker zur Verstärkung der anfänglichen Referenzspannung des Referenzspannungsgenerators auf einem vorbestimmten Pegel versehen. Ein solcher konventioneller Spannungsverstärker wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.

Bezieht man sich auf Fig. 1, so ist dort ein Schaltungsdiagramm eine konventionellen Spannungsverstärkers gezeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, umfaßt der konventionelle Spannungsverstärker einen PMOS Transistor Q1, der zwischen eine Versorgungsspannungsquelle Vdd und einen Knoten N2 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q2, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vdd und einen Knoten N3 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q3, der zwischen den Knoten N2 und einem Knoten N4 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q4, der zwischen die Knoten N3 und N4 geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q1 und Q2 sind gemeinsam mit dem Knoten N2 verbunden. Die PMOS Transistoren Q1 und Q2 dienen als Belastungswiderstände für die NMOS Transistoren Q3 beziehungsweise Q4. Das Gate des NMOS Transistors Q3 ist mit einem Knoten N1 verbunden, welcher mit einer Referenzspannungsquelle Vr verbunden ist. In Erwiderung auf eine Referenzspannung Vr des Knotens N1 steuert der NMOS Transistor Q3 die Menge des Stromes, der vom Knoten N2 zum Knoten N4 fließt. Das Gate des NMOS Transistors Q4 ist mit einem Knoten N6 verbunden. In Erwiderung auf eine Spannung am Knoten N6 steuert der NMOS Transistor Q4 die Menge des Stromes, der vom Knoten N3 zum Knoten N4 fließt. Die Ströme, die von den Knoten N2 und N3 zum Knoten N4 fließen, haben verschiedene Werte in Abhängigkeit von den Pegeln der Referenzspannung Vr und der Spannung an den Knoten N1 und N6, die an die Gates der NMOS Transistoren Q3 beziehungsweise Q4 gelegt wird. Beispielsweise ist, wenn die Spannung am Knoten N6 höher ist als die Referenzspannung Vr am Knoten N1, eine Spannung am Knoten N2 höher als die am Knoten N3. Im Gegensatz dazu ist, wenn die Spannung am Knoten N6 kleiner ist als die Referenzspannung Vr am Knoten N1, die Spannung am Knoten N2 kleiner als die am Knoten N3. Die Spannungen an den Konten N2 und N3 haben ein Pegelverhältnis in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Referenzspannung Vr und der Spannung an den Knoten N1 und N6.

Der konventionelle Spannungsverstärker umfaßt ferner einen NMOS Transistor Q5, der zwischen den Knoten N4 und eine Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des NMOS Transistors Q5 ist mit dem Knoten N1 verbunden. In Erwiderung auf die Referenzspannung Vr vom Knoten N1 hält der NMOS Transistor Q5 die Gesamtmenge des Stromes, der durch die NMOS Transistoren Q3 und Q4 fließt, konstant. Im Ergebnis funktioniert der NMOS Transistor Q5 als Konstantstromquelle. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q1 und Q2 und die NMOS Transistoren Q3-Q5 einen Differentialverstärker.

Der konventionelle Spannungsverstärker umfaßt ferner einen PMOS Transistor Q6, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vdd und einen Knoten N5 geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q6 ist mit dem Knoten N2 verbunden. In Erwiderung auf die Spannung am Knoten N2, steuert der PMOS Transitor Q6 die Menge des Stromes, der von der Versorgungsspannungsquelle zum Knoten N5 fließt.

Der konventionelle Spannungsverstärker umfaßt ferner einen PMOS Transistor Q7, der zwischen die Knoten N5 und N6 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q8, der zwischen den Knoten N6 und eine Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Der PMOS Transitor Q7 dient als ein Widerstand und der NMOS Transistor Q8 funktioniert als variabler Widerstand. Das Gate des PMOS Transitors Q7 ist mit dem Knoten N6 verbunden. In Erwiderung auf die Spannung am Knoten N6 überträgt der PMOS Transistor Q7 eine Spannung am Knoten N5 zum Knoten N6. Die Menge des Stromes, der durch den PMOS Transistor Q7 zum Knoten N6 fließt ist proportional zum Pegel der Referenzspannung Vr am Knoten N1. Die Menge des Stroms, der zum PMOS Transistor Q7 fließt ist nämlich bestimmt basierend auf der Referenzspannung Vr am Knoten N1. Das Gate des NMOS Transistors Q8 ist mit dem Knoten N1 verbunden. Da der NMOS Transistor Q8 durch die Referenzspannung Vr gesteuert ist, wird sein Widerstand variiert, wenn die Referenzspannung Vr variiert gemäß einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung Vdd. Die Variation des Widerstandes des NMOS Transistors Q8 ergibt eine Instabilität der verstärkten Referenzspannung Vref am Knoten N5.

Eine Spannungsverstärkung, die den Verstärkungsgrad des Spannungsverstärkers anzeigt, kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Vref = Vr (1 + RP/RN),

wobei RP ein Kanalwiderstand des PMOS Transitors Q7 und RN eine Kanalwiderstand des NMOS Transistors Q8 ist.

Im allgemeinen kann die anfängliche Referenzspannung Vr kleine Variationen aufweisen durch Variationen der Temperatur oder der Versorgungsspannung Vdd. Da solche Variationen der anfänglichen Referenzspannung Vr direkt an den Spannungsverstärker weitergegeben werden, so ist die dadurch verstärkte Referenzspannung Vref gegenüber den Variationen der Temperatur und der Versorgungsspannung Vdd nicht stabil.

Bezieht man sich auf Fig. 2, so ist dort ein Schaltungsdiagramm eines anderen konventionellen Spannungsverstärkers gezeigt, der eine Temperaturkompensationsfunktion aufweist. Die Konstruktion dieser Zeichnung ist im wesentlichen die gleiche wie die der Fig. 1, mit der Ausnahme, daß ein Widerstand Rp1 zwischen einen Knoten N12 und einer Erdspannungsquelle Vss anstelle des NMOS Transistors Q8 in Fig. 1 geschaltet ist, und daß die Gates der Transistoren Q9 und Q10 mit einem Knoten N9 verbunden sind.

Im konventionellen Spannungsverstärker der Fig. 2 werden die Referenzspannung Vr und der Widerstand Rp1 verwendet, um eine Variation der Temperatur zu kompensieren. Der Widerstand Rp1 kann ein Polysiliciumwiderstand sein. Die Referenzspannung Vr hat einen Spannungspegel, der in Abhängigkeit von der Variation der Temperatur variiert. Der Polysiliciumwiderstand Rp1 hat eine Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert zunimmt, wenn die Temperatur zunimmt. Somit wird die verstärkte Referenzspannung Vref gegenüber einer Variation der Temperatur konstant gehalten. Es wird jedoch ein Polysiliciumwiderstand benötigt, der einen Wert von mehreren Hundert KΩ aufweist. Deswegen bedeckt der Polysiliciumwiderstand ein beträchtliches Gebiet der Halbleitervorrichtung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde deswegen im Hinblick auf obiges Problem gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung zu schaffen, die eine Referenzspannung erzeugen kann, deren Pegel immer konstant ist, unabhängig von einer Variation der Versorgungsspannung oder der Temperatur.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Referenzspannungserzeugungsvorrichtung umfaßt zur Erzeugung von ersten und zweiten Referenzspannungen, wobei die ersten und zweiten Referenzspannungen entgegengesetzte Antwortcharakteristika aufweisen bezüglich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung; eine Startvorrichtung zur Bestimmung eines anfänglichen Zustandes der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren; und einen Spannungsverstärkungsvorrichtung zur Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber der Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung in Erwiderung auf die ersten und zweite Referenzspannungen von der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung, so daß die Zielreferenzspannung immer einen konstanten Pegel aufweist.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung angegeben, die eine erste Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer ersten Referenzspannung aufweist, wobei die erste Referenzspannung eine positive Antwortcharakteristik bezüglich der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweist; eine erste Startvorrichtung zur Bestimmung eines anfänglichen Zustandes der ersten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der ersten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren; eine zweite Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Referenzspannung, wobei die zweite Referenzspannung eine negative Antwortcharakteristik bezüglich der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweist; eine zweite Startvorrichtung zur Bestimmung des anfänglichen Zustandes der zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren; und eine Spannungsverstärkervorrichtung für die Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung in Erwiderung auf die ersten zweiten Referenzspannungen von den ersten und zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtungen, so daß die Zielreferenzspannung immer einen konstanten Pegel aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines konventionellen Spannungsverstärkers ist;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines anderen konventionellen Spannungsverstärkers ist, der eine Kompensationsfunktion gegenüber einer Variationen der Temperatur aufweist;

Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das das Prinzip einer Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm einer Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm einer Referenzspannungserzeugungsschaltung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 6A bis 6C Kurven sind, die Variationen der Referenzspannungen in Abhängigkeit von Temperaturvariationen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 7A bis 7C Kurven sind, die Variationen der Referenzspannungen in Abhängigkeit einer Variation der Versorgungsspannung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 8A bis 8D und 9A bis 9B Schaltungsdiagramme sind, die alternative Ausführungsformen eines Referenzspannungsgenerators der Fig. 4 und 5 zeigt; und

Fig. 10 eine Tabelle ist, die simulierte Daten der Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezieht man sich auf Fig. 3, so ist dort ein Blockdiagramm gezeigt, das die Prinzipien einer Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, umfaßt die Referenzspannungserzeugungsschaltung einen Referenzspannungsgenerator 110 zur Erzeugung einer Referenzspannung Vrp, einen Referenzspannungsgenerator 120 zur Erzeugung einer Referenzspannung Vrm, und einen Spannungsverstärker 100 für die Kompensation einer Referenzspannung Vref gegenüber einer Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur in Erwiderung auf die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgeneratoren 110 und 120, so daß die Referenzspannung Vref immer einen konstanten Pegel aufweist. Die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgeneratoren 110 und 120 haben entgegengesetzte Antwortcharakteristika bezüglich der Variation der Spannungsversorgung Vdd oder der Temperatur.

Bezieht man sich auf Fig. 4, so ist dort ein Schaltungsdiagramm einer Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in dieser Zeichnung dargestellt ist, umfaßt die Referenzspannungserzeugungsschaltung eine Startschaltung 101 zur Festlegung eines Anfangszustandes eines Referenzspannungsgenerators 102 nach dem Einschalten, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 102 zu stabilisieren. Der Referenzspannungsgenerator 102 ist so ausgeführt, daß er zwei Referenzspannungen Vrp und Vrm in Erwiderung auf ein Ausgangssignal von der Startschaltung 101 liefert. Die zwei Referenzspannungen Vrp und Vrm des Referenzspannungsgenerators 102 haben entgegengesetzte Antwortcharakteristika im Hinblick auf eine Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur.

Die Referenzspannungserzeugungsschaltung umfaßt ferner einen Spannungsverstärker 103 für die Kompensation der Referenzspannung Vref gegenüber einer Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur in Erwiderung auf die Referenzspannungen Vrp und Vrm vom Referenzspannungsgenerator 102, so daß die Referenzspannung Vref immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann.

Die Startschaltung 101 umfaßt PMOS Transistoren Q16- Q19, die in Serie zwischen einer Versorgungsspannungsquelle Vdd und einer Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind, und einen PMOS Transistor Q20, der zwischen einem Knoten N15 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q20 ist mit dem Knoten N13 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q16-Q19 dienen als Widerstände zur Teilung einer Versorgungsspannung Vdd, die von der Versorgungsspannungsquelle Vdd an den Knoten N13 geliefert wird. Der PMOS Transistor Q20 dient zur Übertragung eines konstanten Stroms vom Knoten N15 zur Erdspannungsquelle Vss in Erwiderung auf eine Spannung am Knoten N13.

Die Startschaltung 101 ist so ausgebildet, daß sie den anfänglichen Zustand des Referenzspannungsgenerators 102 bestimmt, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 102 zu stabilisieren. Die Startschaltung 101 hat keine Auswirkung auf den Referenzspannungsgenerator 102, wenn er sich in einem stabilen Betrieb befindet.

Der Referenzspannungsgenerator 102 ist mit einer CMOS Schaltung versehen. Der Referenzspannungsgenerator 102 ist in zwei Teile geteilt, wobei einer ein Referenzspannungserzeugungsteil (Vrp) und der andere ein Referenzspannungserzeugungsteil (Vrm) darstellt. Der Referenzspannungserzeugungsteil (Vrp) umfaßt einen PMOS Transistor Q23, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Knoten N15 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q24, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vcc und einem Knoten N17 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q25, der zwischen dem Knoten N15 und einem Knoten N16 geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q23 und Q24 sind gemeinsam mit dem Knoten N15 verbunden. Das Gate des NMOS Transistors Q25 ist mit dem Knoten N17 verbunden. Der Referenzspannungserzeugungsteil (Vrp) umfaßt ferner einen Widerstand Rp2, der zwischen dem Knoten N16 und der Erdspannungsquelle Vs geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q26, der zwischen den Knoten N17 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des MNOS Transistors Q26 ist mit dem Knoten N17 verbunden.

Der Referenzspannungserzeugungsteil (Vrm) umfaßt einen PMOS Transistor Q21, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vdd und einen Knoten N14 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q22, der zwischen den Knoten N14 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transitors Q21 ist mit dem Knoten N15 verbunden. Das Gate des NMOS Transistors Q22 ist mit dem Knoten N14 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q21, Q23 und Q24 empfangen die Versorgungsspannung Vdd von der Versorgungsspannungsquelle Vdd an ihren Source-Anschlüssen und übertragen die empfangene Versorgungsspannung zu ihren Drain-Anschlüssen. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q21, Q23 und Q24 einen Stromspiegel. In ähnlicher Weise bilden die NMOS Transistoren Q25 und Q26 einen Stromspiegel.

Die PMOS und NMOS Transistoren Q24 und Q26 dienen als Widerstände zum Teilen der Versorgungsspannung Vdd von der Versorgungsspannungsquelle Vdd, um am Knoten N17 eine Referenzspannung Vrp zu liefern. Die Referenzspannung Vrp, die durch die PMOS und NMOS Transistoren Q24 und Q26 erzeugt wurde, wird über den Knoten N17 dem Spannungsverstärker 103 zugeführt, an den Drain-Anschlüsse der PMOS und NMOS Transistoren Q24 und Q26 gemeinsam angeschlossen sind.

Der Widerstand Rp2 und die NMOS Transistoren Q25 und Q26 steuern den Betrag des Stromes, der durch den Referenzspannungserzeugungsteil (Vrp) gemäß einer Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur fließt, um die Referenzspannung Vrp am Knoten N17 nahezu konstant zu halten.

Vorzugsweise ist der Widerstand Rp2 ein Polysiliciumwiderstand mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß der Widerstand steigt, wenn die Temperatur steigt. Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp2 zunimmt, so wird eine Spannung am Knoten N15 in ihrem Pegel verringert.

In diesem Fall wird die Referenzspannung Vrp im Pegel erhöht, da der PMOS Transistor Q24 im Widerstand erhöht wird.

Auf der anderen Seite ist die Referenzspannung Vrm proportional zu einer Schwellwertspannung VT des PMOS Transistors Q21, und sie wird in ihrem Pegel reduziert, wenn die Temperatur steigt. Als Ergebenis haben die beiden Referenzspannungen Vrp und Vrm die entgegengesetzte Antwortcharakteristik bezüglich der Variation der Temperatur. Mit anderen Worten, die Referenzspannung Vrp wird durch den Widerstand Rp2 und die NMOS Transistoren Q25 und Q26 festgelegt, und die Referenzspannung Vrm wird durch den NMOS Transistor Q22 bestimmt.

Der Spannungsverstärker 103 umfaßt einen PMOS Transistor Q27, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N19 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q28, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N20 geschaltet ist, einen NMOS Transitor Q29, der zwischen den Knoten N19 und den Knoten N21 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q30, der zwischen die Knoten N20 und N21 geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q27 und Q28 sind gemeinsam mit dem Knoten N20 verbunden. Die PMOS Transistoren Q27 und Q28 dienen als Belastungswiderstände. Das Gate des NMOS Transistors Q29 ist mit dem Knoten N18 verbunden, der mit dem Knoten N17 oder einen Referenzspannungsausgabeanschluß (Vrp) des Referenzspannungsgenerators 102 verbunden ist. Der NMOS Transistor steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N19 bis zum Knoten N21 in Erwiderung auf die Referenzspannung Vrp am Knoten N18 fließt. Das Gate des NMOS Transistors Q30 ist mit einem Knoten N23 verbunden. Der NMOS- Transistor Q30 steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N20 zum Knoten N21 als Antwort auf eine Spannung am Knoten N23 fließt. Die Spannungen an den Knoten N19 und N20 haben die entgegengesetzten Pegel gemäß den Pegeln der Referenzspannung Vrp und der Spannung an den Knoten N17 und N23, die an die Gates der NMOS Transistoren Q29 beziehungsweise Q30 gelegt werden. Wenn beispielsweise die Spannung am Knoten N23 größer ist als die Referenzspannung Vrp am Knoten N17, so ist die Spannung am Knoten N19 größer als die am Knoten N20. Andererseits ist, wenn die Spannung am Knoten N23 niedriger als die Referenzspannung Vrp am Knoten N17 ist die Spannung am Knoten N19 niedriger als am Knoten N20. Die Pegel der Spannungen an den Knoten N19 und N20 sind poroportional zur Differenz zwischen der Referenzspannung Vrp und der Spannung an den Knoten N17 und N23.

Der Spannungsverstärker 103 umfaßt ferner einen NMOS Transistor Q31, der zwischen den Knoten N21 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des NMOS Transistors Q31 ist mit dem Knoten N18 verbunden. Der NMOS Transistor Q31 hält den Gesamtbetrag des Stroms, der durch die NMOS Transistoren Q29 und Q30 fließt, konstant in Erwiderung auf die Referenzspannung Vrp am Knoten N18. Im Ergebnis funktioniert der NMOS Transistor Q31 als eine Konstantstromquelle. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q27 und Q28 und die NMOS Transistoren Q29-Q31 einen Differentialverstärker.

Der Spannungsverstärker 103 umfaßt ferner einen PMOS Transistor Q32, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Ausgangsknoten N22 geschaltet ist, und PMOS und NMOS Transistoren Q33 und Q34, die in Serie zwischen dem Ausgangsknoten N22 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind. Der PMOS Transistor Q32 gestattet den Fluß des Stroms umgekehrt proportional zum Pegel der Spannung am Knoten N19. Im Ergebnis hat die Spannung am Knoten N23 eine Variation, die gleich derjenigen der Referenzspannung Vrp am Knoten N18 ist. Der Grund dafür ist, daß der PMOS Transitor Q23 einen Widerstandswert hat, der sich erhöht gemäß einem Pegel der Spannung Vref am Ausgangsknoten N22. Der PMOS Transistor Q33, der zwischen den Ausgangsknoten N22 und den Knoten N23 geschaltet ist, funktioniert als aktiver Widerstand. Das Gate des NMOS Transistors Q34, der zwischen den Knoten N23 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, ist mit dem Knoten N14 verbunden. Der NMOS Transistor Q34 steuert den Pegel der Ausgangsspannung Vref am Ausgangsknoten N22 in Erwiderung zum Pegel der Referenzspannung Vrm am Knoten N14. Der Grund dafür ist der, daß der NMOS Transitor Q34 einen Widerstandswert besitzt, der variiert im ungekehrten Verhältnis zum Pegel der Spannung Vref am Ausgangsknoten N22. Da der Widerstandswert des NMOS Transistors Q34 in derartiger Weise gesteuert wird, ist die Ausgangsspannung Vref am Ausgangsknoten N22 in ihrem Pegel stabil unabhängig von einer Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur. Somit kompensiert die Referenzspannungserzeugungsschaltung der vorliegenden Erfindung die Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur im Spannungsverstärker durch die Verwendung der beiden Referenzspannungen Vrp und Vrm mit einer entgegengesetzten Antwortcharakteristik bezüglich einer Variation in der Versorgungsspannung oder der Temperatur.

Die Referenzspannung Vref, die durch den Spannungsverstärker 103 verstärkt wird, kann wie folgt ausgedrückt werden:

Vref = Vrp (1 + RP/RN)

RP = δ vds/δids = 1/βP(VGS - VT) = 1/βP(vref-vrp-vT)

RN = δ vds/δids = 1/β(VGS - VT) = 1/βN(Vm-VT),

wobei RP ein Kanalwiderstand des PMOS Transistors Q33 ist, RN ein Kanalwiderstand des NMOS Transistors Q34 ist, βN = COXµ NWN/LN, βP = COXµPWN/LP und βPN = α.

Wenn man annimmt, daß VT = VTN = |VTP|, so ist das Ergebnis:

Vref=(Vrp+VT/2)+√((VT/2)² + αVrp(Vrm-VT)).

Als Ergebnis kann die Variation der Ausgangsreferenzspannung Vref minimiert werden auf der Basis der zwei Referenzspannungen Vrp und Vrm mit entgegengesetzten Antwortcharakteristika bezüglich der Variation der Versorgungsspannung oder der Temperatur.

Bezieht man sich auf Fig. 5, so ist dort ein Schaltungsdiagramm einer Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, umfaßt die Referenzspannungserzeugungsschaltung eine Startschaltung 201 zur Bestimmung eines anfänglichen Zustandes des Referenzspannungsgenerators 202 nach dem Einschalten, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 202 zu stabilisieren, und eine Startschaltung 203 zur Bestimmung eines anfänglichen Zustandes eines Referenzspannungsgenerators 203 nach dem Einschalten, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 203 zu stabilisieren. Der Referenzspannungsgenerator 202 ist so ausgestaltet, daß er eine Referenzspannung Vrm in Erwiderung auf ein Ausgangssignal der Startschaltung 201 erzeugt. Der Referenzspannungsgenerator 204 ist so ausgebildet, daß er eine Referenzspannung Vrp in Erwiderung auf ein Ausgangssignal der Startschaltung 203 erzeugt. Die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgeneratoren 204 und 202 haben entgegengesetzte Antwortcharakteristika bezüglich der Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur.

Die Referenzspannungserzeugungsschaltung umfaßt ferner einen Spannungsverstärker 205 für die Kompensation der Referenzspannung Vref gegenüber einer Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur in Erwiderung auf die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzsspannungsgeneratoren 204 und 202, so daß die Referenzspannung Vref immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann.

Die Startschaltung 201 umfaßt PMOS Transistoren Q35- Q38, die in Serie zwischen einer Versorgungsspannungsquelle Vdd und einer Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind, und einem PMOS Transistor Q39, der zwischen einem Knoten N25 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q39 ist mit einem Knoten N24 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q35-Q38 dienen als Widerstände zur Teilung einer Versorgungsspannung Vdd, die von der Versorgungsspannungsquelle Vdd an den Knoten N24 geliefert wird. Der PMOS Transistor Q39 dient zur Übertragung eines konstanten Stroms vom Knoten N25 zur Erdspannungsquelle Vss in Erwiderung auf eine Spannung am Knoten N24.

Die Startschaltung 201 ist so ausgebildet, daß sie den anfänglichen Zustand des Referenzspannungsgenerators 202 bestimmt, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 202 zu stabilisieren. Die Startschaltung 201 hat keine Auswirkung auf den Referenzspannungsgenerator 202, wenn er sich in einem stabilen Betrieb befindet.

Der Referenzspannungsgenerator 202 ist mit einer CMOS Schaltung versehen. Der Referenzspannungsgenerator 202umfaßt einen PMOS Transitor Q40, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vdd und dem Knoten N25 geschaltet ist, einen Widerstand Rp3, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N26 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q41, der zwischen einen Knoten N26 und einem Knoten N27 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q42, der zwischen dem Knoten N25 und der Erdspannungsversorgungsquelle Vss geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q43, der zwischen dem Knoten N27 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vrm am Knoten N27. Die Gates der PMOS Transistoren Q40 und Q41 sind gemeinsam mit dem Knoten N25 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q42 und Q43 sind gemeinsam mit dem Knoten N27 verbunden.

Die PMOS und NMOS Transistoren Q41 und Q43 dienen als Widerstände zur Teilung der Versorgungsspannung Vdd der Versorgungsspannungsquelle Vdd, um die Referenzspannung Vrm am Knoten N27 zu liefern. Die Referenzspannung Vrm, die durch die PMOS und NMOS Transistoren Q41 und Q43 erzeugt wird, wird dem Spannungsverstärker 205 durch den Knoten N27 zugeführt, an den die Drain-Anschlüsse der PMOS und NMOS Transistoren Q41 und Q43 gemeinsam angeschlossen sind. Der Widerstand Rp3 und die PMOS Transistoren Q40 und Q41 steuern den Betrag des Stromes, der durch den Referenzspannungsgenerator 202 gemäß einer Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur fließt, um die Referenzspannung Vrm am Knoten N27 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise ist der Widerstand Rp3 ein Polysiliciumwiderstand mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstand steigt, wenn die Temperatur steigt. Die PMOS Transistoren Q40 und Q41 haben Schwellwertspannungen VT, die vermindert werden, wenn die Temperatur steigt. Im Ergebnis hat die Verwendung der PMOS Transistoren Q40 und Q41 den Effekt der Steuerung einer Variation der Referenzspannung Vrm abhängig von einer Variation der Temperatur.

Im Ergebnis wird der Pegel der Referenzspannung Vrm bestimmt gemäß dem Widerstand des Widerstands Rp3 und der Größe der PMOS Transistoren Q40 und Q41.

Die Startschaltung 203 umfaßt PMOS Transistoren Q44- Q47, die in Serie zwischen einer Versorgungsspannungsquelle Vcc und einer Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind, und einem PMOS Transistor Q48, der zwischen einem Knoten N29 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q48 ist mit einem Knoten N28 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q44-Q47 dienen als Widerstände zur Teilung einer Versorgungsspannung Vdd, die von der Versorgungsspannungsquelle Vdd an den Knoten N28 geliefert wird. Der PMOS Transistor Q48 dient zur Übertragung eines konstanten Stroms vom Knoten N29 zur Erdspannungsquelle Vss in Erwiderung auf eine Spannung am Knoten N28.

Die Startschaltung 203 ist so ausgebildet, daß sie den anfänglichen Zustand des Referenzspannungsgenerators 204 bestimmt, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 204 zu stabilisieren. Die Startschaltung 203 hat keine Auswirkung auf den Referenzspannungsgenerator 204, wenn er sich in einem stabilen Betrieb befindet.

Der Referenzspannungsgenerator 204 ist mit einer CMOS Schaltung versehen. Der Referenzspannungsgenerator 204 umfaßt einen PMOS Transistor Q49, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vcc und dem Knoten N29 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q50, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vcc und einem Knoten N31 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q51, der zwischen einen Knoten N29 und einem Knoten N30 geschaltet ist, einen Widerstand Rp4, der zwischen dem Knoten N30 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q52, der zwischen dem Knoten N31 und der Erdspannungsversorgungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vrp am Knoten N31. Die Gates der PMOS Transistoren Q49 und Q50 sind gemeinsam mit dem Knoten N29 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q51 und Q52 sind gemeinsam mit dem Knoten N31 verbunden.

Die PMOS und NMOS Transistoren Q50 und Q52 dienen als Widerstände zur Teilung der Versorgungsspannung Vdd der Versorgungsspannungsquelle Vdd, um die Referenzspannung Vrp am Knoten N31 zu liefern. Die Referenzspannung Vrp, die durch die PMOS und NMOS Transistoren Q50 und Q52 erzeugt wird, wird dem Spannungsverstärker 205 durch den Knoten N31 zugeführt, an den die Drain-Anschlüsse der PMOS und NMOS Transistoren Q50 und Q52 gemeinsam angeschlossen sind. Der Widerstand Rp4 und die PMOS Transistoren Q51 und Q52 steuern den Betrag des Stromes, der durch den Referenzspannungsgenerator 204 gemäß einer Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur fließt, um die Referenzspannung Vrp am Knoten N31 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise ist der Widerstand Rp4 ein Polysiliciumwiderstand mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Die NMOS Transistoren Q51 und Q52 haben Schwellwertspannungen VT, die vermindert werden, wenn die Temperatur steigt. Im Ergebnis hat die Verwendung der NMOS Transistoren Q51 und Q52 den Effekt der Steuerung einer Variation der Referenzspannung Vrp abhängig von einer Variation der Temperatur.

Im Ergebnis wird der Pegel der Referenzspannung Vrm bestimmt gemäß dem Widerstandswert des Widerstands Rp4 und der Größe der NMOS Transistoren Q51 und Q52.

Ersichtlicherweise können die Widerstandswerte der Widerstände und die Größe der Transistoren derart eingestellt werden, daß die Referenzspannung Vrm vom Referenzspannungsgenerator 202 reduziert wird, wohingegen die Referenzspannung Vrp vom Referenzspannungsgenerator 204 erhöht wird, wenn die Temperatur steigt. Somit haben die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgeneratoren 204 und 202 die entgegengesetzten Antwortcharakteristika bezüglich einer Variation der Temperatur.

Vor der Beschreibung des Spannungsverstärkers 205, sei nachfolgend die Beziehung zwischen den Referenzspannungen Vrp und Vrm, abhängig von den Variationen der Temperatur und der Versorgungsspannung Vdd unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 erwähnt.

Die Fig. 6A bis 6C zeigen Variationen der Referenzspannungen Vrp und Vrm in Abhängigkeit von Variationen der Temperatur. Die Fig. 6A und 6B sind Kurven, die die entgegengesetzte Antwortcharakteristik der Referenzspannungen Vrp und Vrm bezüglich einer Variation der Temperatur zeigen. Wie man aus Fig. 6C sieht, kann der Effekt der Variation der Temperatur auf die Referenzspannung Vref durch die variablen Steigungen der Referenzspannungen Vrp und Vrm eingestellt werden.

Die Fig. 7A bis 7C zeigen Variationen der Referenzspannungen Vrp und Vrm in Abhängigkeit von einer Variation der Versorgungsspannung. Die Fig. 7A und 7B sind Kurven, die die entgegengesetzte Antwortcharakteristik der Referenzspannungen Vrp und Vrm bezüglich einer Variation der Versorgungsspannung zeigen. Wie man aus Fig. 7C sieht, kann der Effekt der Variation der Versorgungsspannung auf die Referenzspannung Vref durch die variablen Steigungen der Referenzspannungen Vrp und Vrm eingestellt werden.

Mit anderen Worten, wird die verstärkte Referenzspannung Vref nur wenig beeinflußt durch die Variationen der Temperatur und der Versorgungsspannung, wie durch die Kurven a, b und c in den Fig. 6C und 7C gezeigt ist. Dies ergibt sich durch die variablen Neigungen der Referenzspannungen Vrp und Vrm und die eingestellten Größen der Transistoren.

Bezieht man sich nun wieder auf Fig. 5, so umfaßt der Spannungsverstärker 205 einen PMOS Transistor Q53, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N33 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q54, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N34 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q55, der zwischen dem Knoten N33 und einem Knoten N35 geschaltet ist und einen NMOS Transistor Q56, der zwischen die Knoten N34 und N35 geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q53 und Q54 sind gemeinsam mit dem Knoten N34 verbunden. Die PMOS Transistoren Q53 und Q54 dienen als Belastungswiderstände. Das Gate des NMOS Transistors Q55 ist mit dem Knoten N32 verbunden, der mit dem Knoten N31 oder einem Referenzspannungsausgabeanschluß (Vrp) des Referenzspannungsgenerators 204 verbunden ist. Der NMOS Transistor Q55 steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N33 bis zum Knoten N35 in Erwiderung auf die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 fließt. Das Gate des NMOS Transistors Q54 ist mit einem Knoten N37 verbunden. Der NMOS-Transistor Q56 steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N34 zum Knoten N35 als Antwort auf eine Spannung am Knoten N37 fließt. Die Spannungen an den Knoten N33 und N34 haben die entgegengesetzten Pegel gemäß den Pegeln der Referenzspannung Vrp und der Spannung an den Knoten N32 und N37, die an die Gates der NMOS Transistoren Q55 beziehungsweise Q56 gelegt werden. Wenn beispielsweise die Spannung am Knoten N37 größer ist als die Referenzspannung Vrp am Knoten N32, so ist die Spannung am Knoten N33 größer als die am Knoten N34. Andererseits ist, wenn die Spannung am Knoten N37 niedriger als die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 ist, die Spannung am Knoten N33 niedriger als am Knoten N34. Die Pegel der Spannungen an den Knoten N33 und N34 sind proportional zur Differenz zwischen der Referenzspannung Vrp und der Spannung an den Knoten N32 und N37. Im Ergebnis wird der Pegel der Spannung am Knoten N33 so eingestellt, daß die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 und die Spannung am Knoten N37 die gleichen sein können.

Der Spannungsverstärker 205 umfaßt ferner einen NMOS Transistor Q57, der zwischen den Knoten N35 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des NMOS Transistors Q57 ist mit dem Knoten N32 verbunden. Der NMOS Transistor Q57 hält den Gesamtbetrag des Stroms, der durch die NMOS Transistoren Q55 und Q56 fließt, konstant in Erwiderung auf die Referenzspannung Vrp am Knoten N32. Im Ergebnis funktioniert der NMOS Transistor Q57 als eine Konstantstromquelle. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q53 und Q54 und die NMOS Transistoren Q55-Q57 einen Differentialverstärker.

Der Spannungsverstärker 205 umfaßt ferner einen PMOS Transistor Q58, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Ausgangsknoten N36 geschaltet ist, und PMOS und NMOS Transistoren Q59 und Q60, die in Serie zwischen dem Ausgangsknoten N35 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind. Das Gate des PMOS Transistors Q58 ist mit dem Knoten N33 verbunden. Der PMOS Transistor Q58 gestattet den Fluß des Stroms umgekehrt proportional zum Pegel der Spannung am Knoten N33, so daß die Spannung am Knoten N37 den gleichen Pegel wie die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 haben kann. Der Grund dafür ist, daß der PMOS Transistor Q58 einen Widerstand hat der sich erhöht gemäß eines Pegels der Spannung Vref am Ausgangsknoten N36. Der PMOS Transistor Q59, der zwischen den Ausgangsknoten N36 und den Knoten N37 geschaltet ist, funktioniert als aktiver Widerstand. Das Gate des NMOS Transistors Q60, der zwischen den Knoten N37 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, ist mit dem Knoten N27 verbunden. Der NMOS Transistor Q60 steuert den Pegel der Ausgangsspannung Vref am Ausgangsknoten N36 in Erwiderung auf den Pegel der Referenzspannung Vrm am Knoten N27. Der Grund dafür ist der, daß der NMOS Transistor Q60 einen Widerstand besitzt, der variiert im ungekehrten Verhältnis zum Pegel der Spannung Vrm am Ausgangsknoten N27. Da die Widerstände der PMOS und NMOS Transistoren Q59 und Q60 in derartiger Weise gesteuert werden, ist die Ausgangsspannung Vref am Ausgangsknoten N36 in ihrem Pegel stabil, unabhängig von einer Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur.

Die Fig. 8A bis 8D zeigen alternative Ausführungsformen des Referenzspannungsgenerators in den Fig. 4 und 5. In Fig. 8 enthält der Referenzspannungsgenerator weiterhin eine variable Widerstandsvorrichtung Q65, Q70, Q75 oder Q80, deren Widerstandswert variiert gemäß der Differenz zwischen der Versorgungsspannung Vdd und der Erdspannung Vss.

Wie in der Fig. 8A gezeigt ist, umfaßt der Referenzspannungsgenerator einem PMOS Transistor Q61, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Knoten N38 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q62, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N40 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q63, der zwischen den Knoten N38 und einen Knoten N39 geschaltet ist, einen Widerstand Rp5, der zwischen den Knoten N39 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q65, der zwischen dem Knoten N40 und einen Knoten N41 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q64, der zwischen den Knoten N41 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q61 und Q62 sind gemeinsam mit dem Knoten N38 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q63 und Q64 sind gemeinsam mit dem Knoten N41 verbunden. Das Gate des PMOS Transistors Q65 ist mit der Erdspannungsquelle Vss verbunden.

Vorzugsweise kann der Widerstand Rp5 ein Polysiliciumwiderstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp5 wird verwendet, um eine Variation der Referenzspannung Vr abhängig von einer Variation der Temperatur zu steuern.

Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp5 angehoben wird, so wird der Betrag des Stroms, der durch den Knoten N38 fließt, vermindert und ebenso der Betrag des Stromes, der durch den Knoten N40 fließt. Im Ergebnis wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q62 angehoben, um somit zu veranlassen, daß die Referenzspannung Vr am Knoten N40 in ihrem Pegel vermindert wird. Ein gewünschter Pegel der Referenzspannung kann leicht erzielt werden, indem die Kanalgröße und Weite des PMOS Transistors Q65 passend eingestellt wird.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp5 und den Größen der NMOS Transistoren Q63 und Q64.

In Fig. 8B umfaßt der Referenzspannungsgenerator einem PMOS Transistor Q66, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Knoten N42 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q68, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N44 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q67, der zwischen den Knoten N42 und einen Knoten N43 geschaltet ist, einen Widerstand Rp6, der zwischen den Knoten N43 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q70, der zwischen dem Knoten N44 und einen Knoten N45 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q69, der zwischen den Knoten N45 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q66 und Q68 sind gemeinsam mit dem Knoten N42 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q67 und Q69 sind gemeinsam mit dem Knoten N45 verbunden. Das Gate des PMOS Transistors Q70 ist mit dem Knoten N45 verbunden.

Vorzugsweise kann der Widerstand Rp6 ein Polysiliciumwiderstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp6 wird verwendet, um eine Variation der Referenzspannung Vr abhängig von einer Variation der Temperatur zu steuern.

Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp6 angehoben wird, so wird der Betrag des Stroms, der durch den Knoten N42 fließt, vermindert und ebenso der Betrag des Stromes, der durch den Knoten N44 fließt. Im Ergebnis wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q68 angehoben, um somit zu veranlassen, daß die Referenzspannung Vr am Knoten N44 in ihrem Pegel vermindert wird. Ein gewünschter Pegel der Referenzspannung kann leicht erzielt werden, indem die Kanalgröße und -breite des PMOS Transistors Q70 passend eingestellt wird.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp6 und den Größen der NMOS Transistoren Q67 und Q69.

In Fig. 8C umfaßt der Referenzspannungsgenerator einem PMOS Transistor Q71, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Knoten N46 geschaltet ist, einen Widerstand Rp7, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N47 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q73, der zwischen den Knoten N47 und einen Knoten N48 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q75, der zwischen den Knoten N48 und einen Knoten N49 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q74, der zwischen den Knoten N49 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q72, der zwischen den Knoten N46 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgangsanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N48. Die Gates der PMOS Transistoren Q71 und Q73 sind gemeinsam mit dem Knoten N46 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q72 und Q74 sind gemeinsam mit dem Knoten N49 verbunden. Das Gate des NMOS Transistors Q75 ist mit der Versorgungsspannungsquelle Vcc verbunden.

Der Widerstand Rp7 und die PMOS Transistoren Q71 und Q73 steuern den Betrag des Stroms, der durch den Referenzspannungsgenerator fließt gemäß einer Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur, um die Referenzspannung Vr am Knoten N48 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise kann der Widerstand Rp7 ein Polysiliciumwiderstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp7 wird verwendet, um den Pegel der Referenzspannung Vr konstant zu halten unabhängig von einer Variation der Temperatur. Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp7 angehoben wird, so wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q73 angehoben, um somit zu veranlassen, daß der Strom, der durch den Knoten N48 fließt, in seinem Betrag vermindert wird. Im Ergebnis wird die Referenzspannung Vr am Knoten N48 in ihrem Pegel reduziert.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp7 und den Größen der PMOS Transistoren Q71 und Q73.

In Fig. 8D umfaßt der Referenzspannungsgenerator einen PMOS Transistor Q76, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Knoten N50 geschaltet ist, einen Widerstand Rp8, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N51 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q78, der zwischen den Knoten N51 und einen Knoten N52 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q80, der zwischen den Knoten N52 und einen Knoten N53 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q79, der zwischen den Knoten N53 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q77, der zwischen den Knoten N50 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgangsanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N52. Die Gates der PMOS Transistoren Q76 und Q78 sind gemeinsam mit dem Knoten N50 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q77 und Q79 sind gemeinsam mit dem Knoten N53 verbunden. Das Gate des NMOS Transistors Q80 ist mit dem Knoten N52 verbunden.

Der Widerstand Rp8 und die PMOS Transistoren Q76 und Q78 steuern den Betrag des Stroms, der durch den Referenzspannungsgenerator fließt gemäß einer Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur, um die Referenzspannung Vr am Knoten N52 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise kann der Widerstand Rp8 ein Polysiliciumwiderstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp8 wird verwendet, um den Pegel der Referenzspannung Vr konstant zu halten unabhängig von einer Variation der Temperatur. Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp8 angehoben wird, so wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q78 angehoben, um somit zu veranlassen, daß der Strom, der durch den Knoten N52 fließt in seinem Betrag vermindert wird. Im Ergebnis wird die Referenzspannung Vr am Knoten N52 in ihrem Pegel reduziert.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp8 und den Größen der PMOS Transistoren Q76 und Q78.

Im Ergebnis fungieren in den Fig. 8A bis 8D die PMOS Transistoren Q65 und Q70 und die NMOS Transistoren Q75 und Q80 als aktive Widerstände, um den Pegel der Referenzspannung Vr anzuheben. Ein gewünschter Pegel der Referenzspannung kann leicht erzielt werden, indem die Kanalgröße und -breite jedes MOS Transistors passend eingestellt wird.

Die Fig. 9A bis 9B zeigen nochmals andere Ausführungsformen des Referenzspannungsgenerators in den Fig. 4 und 5. In den Fig. 9A bis 9B umfaßt der Referenzspannungsgenerator einen NMOS oder PMOS Transistor, der in Diodenform geschaltet ist, um eine Referenzspannung Vr zu bilden.

In der Fig. 9A umfaßt der Referenzspannungsgenerator eine Konstantstromquelle, die zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N54 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q81, der zwischen den Knoten N54 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N54. Das Gate des NMOS Transistors Q81 ist mit dem Knoten N54 verbunden.

Die Konstantstromquelle, die durch einen Pfeil bezeichnet ist, ist so ausgelegt, daß sie einen Konstantstrom an den Knoten N54 liefert, unabhängig von der Versorgungsspannung Vdd. Die Referenzspannung Vr am Knoten N54 ist proportional zu einer Schwellwertspannung VT des NMOS Transistors Q81. Bei dieser Verbindung wird die Referenzspannung Vr im Pegel reduziert, wenn die Temperatur steigt.

In der Fig. 9B umfaßt der Referenzspannungsgenerator eine Konstantstromquelle, die zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N55 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q82, der zwischen den Knoten N55 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und ein Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N55. Das Gate des PMOS Transistors Q82 ist mit der Erdspannungsquelle Vss verbunden.

Die Konstantstromquelle, die durch einen Pfeil bezeichnet ist, ist so ausgelegt, daß sie einen Konstantstrom an den Knoten N55 liefert, unabhängig von der Versorgungsspannung Vdd. In ähnlicher Weise wie in Fig. 9A wird die Referenzspannung Vr allmählich im Pegel reduziert, wenn die Temperatur steigt.

Fig. 10 zeigt simulierte Daten der Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Simulation der Fig. 10 werden vorliegende und konventionelle Referenzspannungserzeugungsschaltungen verwendet, um eine Referenzspannung von 1,4 V zu erzeugen. Es werden auch die Modellparameter eines 256 MB DRAM genutzt, und die Versorgungsspannung betrug 3,3 V. Die verwendeten Polysiliciumwiderstände hatten die folgenden Temperaturkoeffizienten:

TC1 = 0,00118

TC2 = 0,00000492.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, so kompensiert gemäß der vorliegenden Erfindung die Referenzspannungserzeugungsschaltung die Variation der Versorgungsspannung oder der Temperatur durch Verwendung der zwei Referenzspannungen mit entgegengesetzten Antwortcharakteristiken bezüglich der Variation der Versorgungsspannung oder der Temperatur. Somit kann die Zielreferenzspannung immer auf konstantem Pegel gehalten werden, unabhängig von äußeren Variationen.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Anschauung beschrieben wurden, werden Fachleute erkennen, daß vielfältige Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und der Idee der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung mit:

    einer Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung erster und zweiter Referenzspannungen, wobei die ersten und zweiten Referenzspannungen entgegengesetzte Antwortcharakteristiken bezüglich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweisen;

    einer Startvorrichtung zur Bestimmung eines Anfangszustandes der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren; und

    einer Spannungsverstärkervorrichtung zur Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber der Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung in Erwiderung auf die ersten und zweiten Referenzspannungen der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung derart, daß die Referenzspannung immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann.
  2. 2. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Referenzspannungserzeugungsvorrichtung folgendes umfaßt:

    einen Widerstand;

    einen ersten Stromspiegel, wobei dieser erste Stromspiegel eine Vielzahl von PMOS Transistoren umfaßt; und

    einen zweiten Stromspiegel,wobei der zweite Stromspiegel eine Vielzahl von NMOS Transistoren umfaßt.
  3. 3. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Referenzspannungserzeugungsvorrichtung weiterhin folgendes umfaßt:

    einen Referenzspannungsausgabeanschluß, der zwischen den ersten und zweiten Stromspiegeln angeordnet ist; und

    einen MOS Transistor, der mit dem Referenzspannungsausgabeanschluß verbunden ist.
  4. 4. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der MOS Transistor, der mit dem Referenzspannungsausgabeanschluß verbunden ist, die ersten und zweiten Referenzspannungen an seinem Drain- beziehungsweise Source-Anschluß ausgibt.
  5. 5. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Referenzspannungserzeugungsvorrichtung folgendes umfaßt:

    einen Referenzspannungsausgabeanschluß;

    eine Konstantstromquelle, die zwischen einer Versorgungsspannungsquelle und dem Referenzspannungsausgabeanschluß geschaltet ist; und

    einen MOS Transistor, der zwischen dem Referenzspannungsausgabeanschluß und einer Erdspannungsquelle geschaltet ist.
  6. 6. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der MOS Transistor ein NMOS Transistor ist, dessen Gate-Anschluß mit dem Referenzspannungsausgabeanschluß verbunden ist.
  7. 7. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der MOS Transistor ein PMOS Transistor ist, dessen Gate-Anschluß mit der Erdspannungsquelle verbunden ist.
  8. 8. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Referenzspannung eine positive Antwortcharakteristik und die zweite Referenzspannung eine negative Antwortcharakteristik jeweils bezüglich der Temperatur und der Versorgungsspannung hat.
  9. 9. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung mit:

    einer ersten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer ersten Referenzspannungen, wobei die erste Referenzspannung eine positive Antwortcharakteristik bezüglich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweist;

    einer ersten Startvorrichtung zur Bestimmung eines Anfangszustandes der ersten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der ersten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren;

    einer zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Referenzspannung, wobei die zweite Referenzspannung eine negative Antwortcharakteristik bezüglich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweist;

    einer zweiten Startvorrichtung zur Bestimmung eines Anfangszustandes der zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren; und

    einer Spannungsverstärkervorrichtung zur Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber der Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung in Erwiderung auf die ersten und zweiten Referenzspannungen der ersten und zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtungen derart, daß die Referenzspannung immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann.






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