[發明專利]自刷新片載電壓發生器

無效

• 申請號: 01121812.6
• 申請日: 2001-06-28
• 公開（公告）號: CN1335626A
• 公開（公告）日: 2002-02-13
• 發明（設計）人: 許履塵;汪禮康
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G11C11/401
• 分類號: G11C11/401;G11C16/02;G11C7/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王茂華

本發明涉及諸如動態隨機訪問存儲器(DRAM)之類的半導體芯片的備用供電系統，具體地說，涉及用于降低片載電壓發生器在非有效模式(non-active?mode)期間的功率的片載自刷新電壓產生系統和方法。

通常，所有的片載電壓發生器必須保持有效，甚至在備用或休眠模式期間，以便使一些電壓電平在這些模式期間保持在能保證一定操作的電平上。此外，在芯片重新開始正常操作時，所有的電壓電平必須立刻為正常操作準備就緒。為此，片載電壓發生器設計成具有有效和備用兩種電壓發生器，有效電壓發生器在有效模式期間使用，而備用電壓發生器在開機后保持恒接通，以防止由于任何機理的電荷漏泄引起的電壓降落。在半導體芯片內，實現備用電壓發生器有許多缺點。例如：1)備用電壓發生器需要占用額外的芯片面積；2)備用電壓發生器消耗DC功率，例如一個體反向偏壓(Vbb)備用泵要消耗15μA；以及3)在有效模式期間，備用電壓發生器既弱又慢，因此并不很有用或有效。

在美國專利No.5,337,284中揭示了一種用來降低功率消耗的典型系統，這個專利的目的是在一個集成電路內實現一個產生一些在低功率應用中使用的高電壓的系統。具體地說，美國專利No.5,337,284的目的是實現一種包括一個備用泵和幾個有效泵的電壓泵(充電泵)。在備用工作模式期間，只留用備用泵，以便節省功率。美國專利No.5,337,284的一個顯著特征是實現一個不需要自激振蕩器的自計時時鐘電路。

另一些現有技術的片載功率降低系統包括美國專利No.5,189,316、美國專利No.5,856,951和美國專利No.5,315,557。

美國專利No.5,189,316針對的是一種降壓產生系統，這種系統包括將一個外部供電電壓電平(例如為Vext)逐步降低到一個低于這個供電電壓電平的內部電平(例如為Vint)的裝置。在美國專利No.5,189,316中，在備用期間，Vint發生器關斷，而Vint供電線連接到Vext上，以節省功率。這種方法的一個明顯缺點是備用時柵氧化層將受到較大的應力，可能導致這種電路需要一些厚氧化物器件，從而將使電路性能下降。另一個缺點是在備用期間由于使用較高的電壓供電還會有較高的閾值和結漏泄。

美國專利No.5,856,951針對的是一種在備用模式期間產生一個降低了的Vint和提高了的電源電壓Vss(通常是在地電位)的系統，以降低備用功率和漏泄。這種結構需要額外的硬件來產生這樣的額外供電電平。然而，由于面積額外增大，因此也許并不能保證在節約功率上有所獲益。

美國專利No.5,315,557揭示了與一種機構結合產生刷新時鐘脈沖的系統，在刷新操作期間只禁用基片偏壓Vbb發生器，以節省功率。Vbb功率產生電路消耗的電流只在微安的范圍內，因此對于節約功率來說并不明顯。

Ho-Jun?Song的“降低DRAM備用電流的自停工時間檢測器”(“ASelf-Off-Time?Detector?for?Reducing?Standby?Current?of?DRAM”，IEEE?Journal?of?Solid-State?Circuits，Vol.32，No.10，October1997，PP1535-1542)揭示了一種用來降低DRAM電路內各種電壓發生器的備用電流的定時電路。在這個參考文獻中，用了一個嵌入的時間檢測器電路來估計“停工時間(off-time)”間隔，即在第一操作周期內所監測的在第一電平的供電電壓到達預先確定的第二電平所經過的時間。這個嵌入的時間檢測器于是在這個停工時間間隔終端和在備用期各后繼停工時間間隔終端啟動采樣和將監測的供電電壓重新充到原來的第一電平，然而，這個嵌入的時間檢測器電路是一個復雜電路，代價也大，即需要花費較大的芯片面積和功率消耗，因為在第一周期的檢測操作期間本身也消耗功率。

因此，非常希望能有一種片載自刷新電壓產生系統和方法，可以在非有效模式期間降低所有片載電壓發生器的功率，同時在半導體芯片載以最小功耗維持穩定的電壓電平。由于DRAM存儲器設計具有不斷增進的對在降低的功率電平下進行操作的要求，因此還非常希望能有一種片載自刷新電壓產生系統可以以降低的功率消耗刷新DRAM儲存器的各個儲存單元。

本發明的目的是提供一種系統，可以控制在集成電路內產生的內部供電電壓電平，而且可以在非有效模式期間降低各片載電壓發生器的功率，以最小功耗在半導體芯片載備用穩定的電壓電平。

本發明的另一個目的是提供一種片載自刷新電壓產生系統，可以以降低的功率消耗電平刷新DRAM儲存器單元。