DE19747124C2 - Einschaltstromdetektorschaltung für eine Referenzspannungsschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einschaltstromdetek­ torschaltung für eine Referenzspannungsschaltung, die bei­ spielsweise in einem DRAM verwendet wird, und insbesondere eine verbesserte Einschaltstromdetektorschaltung für eine Referenzspannungsschaltung, die eine Referenzspannungsschal­ tung neu starten kann, wenn Störungen oder eine Schwankung der Systemspannung die Referenzspannungsschaltung abgeschal­ tet haben.

Fig. 1 ist ein Schaltschema einer herkömmlichen Referenz­ spannungsschaltung.

Wie daraus ersichtlich ist, enthält eine Hochfahrschaltung 10 für eine herkömmliche Referenzspannungsschaltung 20 einen Inverter 11 zum Invertieren eines Reset-Signals RESET, einen NMOS-Transistor 12, dessen Gate den Ausgang des Inverters 11 erhält, und einen NMOS-Transistor 13, dessen Drain mit der Source des NMOS-Transistors 12, dessen Gate mit dem Drain und dessen Source mit einer Massespannung V_ss verbunden ist.

Die Referenzspannungsschaltung 20 enthält einen PMOS-Transi­ stor 21, dessen Gate und Drain gemeinsam am Knoten N20 mit dem Drain des NMOS-Transistors 12 verbunden sind, wobei die Source des Transistors 21 mit der Spannung V_cc verbunden ist, einen PMOS-Transistor 22, dessen Source mit V_cc und dessen Gate mit dem Gate des PMOS-Transistors 21 unter Bildung eines Stromspiegels mit dem PMOS-Transistor 21 verbunden ist, einen NMOS-Transistor 23, dessen Drain am Knoten N20 mit dem Drain des PMOS-Transistors 21 verbunden ist, einen Widerstand 24, der zwischen dem NMOS-Transistor 23 und der Massespannung in Reihe geschaltet ist, und einen NMOS-Transistor 25, der mit dem NMOS-Transistor 23 einen Stromspiegel bildet, wobei Gate und Drain des NMOS-Transistors 25 mit dem Drain des PMOS- Transistors 22 und dem Gate des NMOS-Transistors 23 verbunden sind.

Die Funktionsweise der Hochfahrschaltung 10 der herkömmlichen Referenzspannungsschaltung 20 wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert.

Wenn eine Versorgungsspannung erstmals an die Schaltung ange­ legt wird, bleibt das Reset-Signal RESET über ein erstes Intervall, während dem die Systemspannung von V_ss nach V_cc an­ steigt, auf einem niedrigen Pegel, und das auf einem niedri­ gen Pegel liegende Signal RESET wird durch den Inverter 11 zu einem auf einem hohen Pegel liegenden Signal gewandelt. Der NMOS-Transistor 12 wird deshalb eingeschaltet, obwohl das elektrische Potential am Knoten N20 abzusinken beginnt, bis die PMOS-Transistoren 21 und 22 eingeschaltet werden. Nachdem RESET auf den Pegel "High" gegangen ist, wird der NMOS-Tran­ sistor 12 ausgeschaltet, und die Referenzspannungsschaltung 20 beginnt sich in ihrem Ruhezustand zu stabilisieren. Auf diese Weise hält die Referenzspannungsschaltung einen vorge­ gebenen Wert aufrecht, d. h. sie erreicht ihren Ruhezustand.

Die Systemspannung schwankt. Manchmal handelt es sich bei der Schwankung um einen starken Abfall, der im allgemeinen von kurzer Dauer ist, d. h. die Systemspannung kann kurzeitig weit unter V_cc abfallen. Ein solcher Abfall der Systemspannung kann bewirken, daß der Transistor 22 ausgeschaltet wird, was bewirkt, daß V_ref von ihrem Ruhewert bis herunter zu V_ss ent­ laden wird.

Wenn V_ref deutlich unter ihren Ruhewert abfällt, fließt sehr wenig Strom von der Spannung V_cc über die Transistoren 22 und 25 nach Masse. V_ref kann deshalb nur dann zu ihrem Ruhewert zurückkehren, wenn RESET mit einem negativen Impuls beauf­ schlagt wird. Dies kann jedoch nur dann geschehen, wenn die Systemspannung abgeschaltet und wieder angelegt wird, um eine Einschaltinitialisierung auszulösen. Die herkömmliche Hoch­ fahrschaltung 10 ist also nicht in der Lage, die Referenz­ spannungsschaltung 20 neu zu starten, wenn ein Abfall der Systemspannung ausreichend groß ist, um V_ref nach V_ss zu ent­ laden.

Aus DE 44 34 053 ist eine Referenzspannungsschaltung bekannt, die eine Referenzspannung erzeugt, die der Anstiegscharakte­ ristik einer externen Stromversorgungsspannung folgt. Beim Einschalten der Versorgungsspannung wird, solange die Versor­ gungsspannung unter einem vorbestimmten Pegel liegt, ein Steuersignal erzeugt, das eine Schaltungsanordnung, die einen mit der Schaltung 20 von Fig. 1 vergleichbaren Aufbau hat, so ansteuert, daß eine Referenzspannung erzeugt wird, deren An­ stiegscharakteristik der Anstiegscharakteristik der externen Versorgungsspannung folgt. Übersteigt die Versorgungsspannung den vorbestimmten Pegel, wird das Steuersignal ausgeschaltet und stattdessen ein Signal verwendet, das von weiteren Bau­ teilen dieser Schaltung erzeugt wird, die durch die über dem vorbestimmten Pegel liegende Versorgungsspannung eingeschal­ tet werden. Da bei dieser bekannten Schaltung die Referenz­ spannung an einem Knoten vorliegt, der mit einem zwischen den Transistoren 22 und 25 der Schaltung 20 von Fig. 1 liegenden Knoten vergleichbar ist, erzeugt jede Schwankung der externen Versorgungsspannung eine entsprechende Schwankung der erzeug­ ten Referenzspannung. Die Erzeugung einer stabilen Referenz­ spannung auch für kleine Schwankungen der externen Versor­ gungsspannung ist hier nicht möglich.

Aus der US-5 203 000 ist eine Schaltungsanordnung zur Steue­ rung der Leistungsversorgung eines integrierten Schaltkreises beschrieben, die ein Interrupt-Signal an den integrierten Schaltkreis ausgibt, wenn eine Versorgungsspannung auf einen ersten Pegel abfällt und den integrierten Schaltkreis zurück­ setzt, wenn die Versorgungsspannung beim Wiederansteigen ei­ nen zweiten Pegel erreicht. Des weiteren erlaubt es diese Schaltung, den integrierten Schaltkreis zurückzusetzen, wenn die Versorgungsspannung abfällt. Mit dieser bekannten Schal­ tung ist es möglich, Steuersignale für einen integrierten Schaltkreis, aber keine Referenzspannung zu erzeugen.

Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einschaltstromdetektorschaltung für eine Referenzspannungsschaltung bereitzustellen, die die oben genannten dem Stand der Technik anhaftenden Probleme überwindet und die eine Referenzspannungsschaltung neu startet, wenn die Referenzspannung um einen vorgegebenen Pegel abfällt, d. h. aufgrund von Störungen oder Spannungs­ schwankungen abgeschaltet wird.

Zur Lösung der obigen Aufgabe wird eine Einschaltstromde­ tektorschaltung für eine Referenzspannungsschaltung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschrei­ bung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema einer herkömmlichen Referenzspan­ nungsschaltung; und

Fig. 2 ein Schaltschema einer Einschaltstromdetektorschal­ tung für eine Referenzspannungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein Schaltschema einer Einschaltstromdetektor­ schaltung für eine Referenzspannungsschaltung gemäß der vor­ liegenden Erfindung.

Wie daraus ersichtlich ist, enthält die Einschaltstromdetek­ torschaltung für eine Referenzspannungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Referenzspannungsschaltung 20, eine Stromdetektorschaltung 30 und eine Hochfahrschaltung 40.

Die Stromdetektorschaltung 30 enthält einen PMOS-Transistor 31, der mit einem PMOS-Transistor 21 der Referenzspannungs­ schaltung 20 einen Stromspiegel bildet, deren Sources mit einer an einem Knoten N10 anliegenden elektrischen Versor­ gungsspannung V_cc verbunden sind, während die Gates der Tran­ sistoren 31 und 21 mit einem Knoten N20 verbunden sind, an dem eine Lesespannung V_sense anliegt, einen NMOS-Transistor 33, dessen Gate und Source mit einem Knoten N30 verbunden sind, einen optionalen MOS-Kondensator C, der zwischen dem Knoten N30 und Masse geschaltet ist, einen NMOS-Transistor 34, dessen Gate mit der Lesespannung am Knoten N20 und dessen Drain mit der Source des Transistors 34 verbunden ist, und einen Inverter 32, dessen Eingang mit dem Knoten N30 verbunden ist.

Die Hochfahrschaltung 40 enthält einen NMOS-Transistor 41, dessen Drain mit dem Knoten N20 verbunden ist und dessen Gate den Ausgang des Inverters 32 am Knoten N40 erhält, und einen NMOS-Transistor 42, dessen Drain und Gate mit der Source des NMOS-Transistors 41 in Reihe geschaltet sind, d. h. Gate und Drain des NMOS-Transistors 42 sind miteinander verbunden, während die Source des Transistors 42 mit der Massespannung verbunden ist.

Da die Referenzspannungsschaltung 20 die gleichen Elemente aufweist wie die herkömmliche Referenzspannungsschaltung 20, sind identische Bezugszeichen verwendet worden.

Die Funktionsweise der Einschaltstromdetektorschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.

Wenn bei normalem Betrieb erstmals die Versorgungsspannung an die Schaltung angelegt wird, wird den Gates der PMOS- Transistoren 21 und 31 über den Knoten N20 ein hier nicht gezeigtes, mit dem Signal RESET aus Fig. 1 vergleichbares Signal mit einem hohen Pegel zugeführt, um die Transistoren 21 und 31 einzuschalten. Dieses hier nicht gezeigte Signal wird abgeschaltet, wenn die Transistoren 21 und 31 eingeschaltet sind. Damit wird aus den PMOS-Transsitoren 21 und 31 ein Stromspiegel gebildet.

Nach Abschluß der Einschaltinitialisierung beträgt die Lese­ spannung V_sense am Knoten N20 V_sense < V_cc - |V_TP|, wobei |V_TP| der Absolutwert der Schwellenspannung des PMOS-Transistors ist. Dadurch wird der Stromfluß durch die Transistoren 23 und 25 aufrechterhalten und V_ref in ihrem Ruhezustand gehalten.

Durch den Stromspiegel-Transistor 31 fließt der gleiche Strom wie durch den Transistor 21. Folglich fließt ein hoher Strom durch den Knoten N30, um den Kondensator C zu laden, da der Transistor 34 nahezu gesperrt ist. Das Gate des Transistors 34 ist mit V_sense verbunden, die hinreichend niedrig ist, um den Transistor 34 auszuschalten.

Der hohe Strom durch N30 hebt die Spannung am Knoten N30 nahezu auf V_cc an. Der Knoten N40 wird dadurch zum Inversen von V_cc, d. h. zu V_ss. Der niedrige Wert am Knoten N40 schaltet den Transistor 41 aus, so daß wenig oder kein Strom durch den Transistor 42 nach Masse fließt.

Wenn die Systemspannung kurzzeitig von V_cc auf V_ss abfällt, wird der Referenzspannungsgenerator 20 wie oben beschrieben ausgeschaltet. Die Lesespannung V_sense steigt auf nahezu V_cc an, so daß V_cc - V_sense < |Vt_P| (Transistoren 21 und 22) und diese nicht mehr leitend sind. Die Referenzspannung beträgt V_ref < Vt (Transistor 25), so daß V_ref von ihrem Ruhepegel auf V_ss entladen wird. Dadurch werden die Transistoren 23 und 25 ausgeschaltet.

Gleichzeitig mit dem Ausschalten der Transistoren 23 und 25 wird der Transistor 31 ausgeschaltet; der Transistor 34 ist jedoch eingeschaltet, da V_sense nahezu den Pegel von V_cc hat. Ist der Transistor 34 eingeschaltet, wird der Knoten N30 über ihn und den Transistor 33 entladen. Ist der optionale Konden­ sator C nicht vorhanden, entladen sich nur die zum Knoten N30 gehörigen parasitären Kapazitäten auf diese Weise. Wenn die Spannung des Knotens N30 auf nahezu Vt (Transistor 33) ab­ fällt, unterschreitet sie die logische Schwelle des Inverters 32. Dies veranlaßt den Inverter 32, die Spannung am Knoten N40 auf V_cc anzuheben.

Nachdem der Knoten N40 nach V_cc zurückgekehrt ist, wird der Transistor 41 eingeschaltet und dann ein Strompfad nach Masse gebildet. Dieser Strompfad verläuft durch den Transistor 21 (über die diodenartige Verbindung zwischen seines Drain und seiner Source), den Transistor 41 und den Transistor 42. Außerdem fließt Strom durch die Transistoren 21, 23 und den Widerstand 24. Analog fließt Strom durch die Transistoren 22 und 25.

Diese drei Strompfade bewirken, daß V_sense beginnt, unter V_cc abzufallen. Dies veranlaßt den Transistor 34, wesentlich we­ niger Strom zu leiten, so daß die Spannung am Knoten N30 auf V_cc zurückkehrt, wodurch die Spannung am Knoten N40 nach V_ss geht. Beträgt die Gate-Spannung V_ss, wird der Transistor 41 ausgeschaltet. Die Hochfahrschaltung 40 ist ausgeschaltet, und die Referenzspannung V_ref schwingt sich nun auf ihren Ruhewert ein.

Bei normalem Betrieb der Referenzspannungsschaltung 20, d. h. wenn die Hochfahrschaltung 30 ausgeschaltet ist oder sich im Bereitschaftsmodus befindet, wird kein Leerlauf-Verluststrom von der Hochfahrschaltung 30 erzeugt. Ein solcher Strom müßte durch die Transistoren 31, 33 und 34 fließen. Die Transisto­ ren 31 und 34 arbeiten jedoch wie komplementäre Schalter. Ist der Transistor 31 eingeschaltet, dann ist der Transistor 34 ausgeschaltet und umgekehrt. Folglich bildet sich kein Strom­ pfad, über den der Leerlaufstrom von V_cc nach Masse fließen könnte. Dies ist von großem Vorteil, wenn die vorliegende Er­ findung in einem Gerät verwendet wird, bei dem eine minimale Leistungsaufnahme ein wichtiges Kriterium ist.

Anders als beim Stand der Technik, kann die vorliegende Er­ findung erkennen, wenn V_ref auf V_ss abfällt, z. B. aufgrund eines Abfalls der Systemspannung. Die vorliegende Erfindung kann dann automatisch das Äquivalent zum Auslösen eines RESET-Impulses wie beim Stand der Technik ausführen, ohne daß die Systemspannung abgeschaltet werden muß.

Wie oben beschrieben erkennt die Hochfahrschaltung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung den an die Referenzspannungsschal­ tung 20 angelegten Strom und startet die Referenzspannungs­ schaltung 20, wenn diese aufgrund von Störungen oder dergl. ausgeschaltet worden ist, um auf diese Weise eine normale Referenzspannung zu generieren.

Claims (10)

1. Einschaltstromdetektorschaltung für eine Referenz­ spannungsschaltung (20), die folgendes aufweist:

• 1. eine Stromdetektorschaltung (30) zum Detektieren eines in die Referenzspannungsschaltung (20) fließenden Stroms und zum Ausgeben eines Steuersignals, das einen Pegel des detektierten Stromes angibt, und
• 2. eine Hochfahrschaltung (40), die zum Empfang des Steuer­ signals mit der Stromdetektorschaltung (30) verbunden ist, zum Neustarten der Referenzspannungsschaltung (20), wenn das Steu­ ersignal angibt, daß der von der Stromdetektorschaltung (30) detektierte Strom unterhalb eines vorgegebenen Pegels liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Stromdetektorschal­ tung (30) folgendes aufweist:
einen ersten Transistor, der zusammen mit einem Teil der Referenzspannungsschaltung (20) einen Stromspiegel bildet, wobei die Source des ersten Transistors mit der Systemspan­ nung (V_cc) verbunden ist;
einen zweiten Transistor des gegenüber dem ersten Transistor entgegengesetzten Leitfähigkeittyps, wobei die Gates des ersten und zweiten Transistors jeweils mit der gleichen Span­ nung verbunden sind; und
einen Inverter (32) zum Invertieren eines Ausgangssignals des ersten und zweiten Transistors.

3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der der erste Transistor ein PMOS-Transistor (31) ist und die Hochfahrschaltung (40) folgendes enthält: einen ersten NMOS-Transistor, dessen Drain mit dem Gate des PMOS-Transistors der Stromdetektorschaltung (30) verbunden ist, wobei das Gate des NMOS-Transistors den Ausgang des Inverters (32) der Stromdetektorschaltung (30) erhält.

4. Schaltung nach Anspruch 3, bei der die Stromdetektorschal­ tung (30) des weiteren folgendes enthält: einen zweiten NNOS-Transistor, der mit dem ersten NMOS-Tran­ sistor in Reihe geschaltet ist, wobei die Gates und Drains der MNOS-Transistoren jeweils miteinander verbunden sind.

5. Schaltung nach Anspruch 2, bei der der erste Transistor ein PMOS-Transistor und der zweite Transistor ein NMOS-Tran­ sistor ist.

6. Schaltung nach Anspruch 2, bei der der erste und der zweite Transistor mit einem Eingang des Inverters (32) ver­ bunden sind, und bei der die Stromdetektorschaltung (30) des weiteren einen mit dem Eingang des Inverters (32) verbundenen Kondensator (C) enthält.

7. Schaltung nach Anspruch 2, bei der die Stromdetektorschal­ tung (30) des weiteren einen dritten Transistor (21) mit einer diodenartigen Konfiguration enthält, der zwischen den ersten und zweiten Transistor geschaltet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Referenzspannungs­ schaltung (20) einen Stromspiegel enthält und der von der Stromdetektorschaltung (30) erkannte Strom der durch den Stromspiegel fließende Strom ist.

9. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Referenzspannungs­ schaltung (20) einen ersten Stromspiegel und die Stromdetek­ torschaltung (30) ein Paar komplementäre Schalter (31, 34) enthält, wobei der erste der komplementären Schalter (31, 34) außerdem als ein zweiter Stromspiegel des ersten Stromspie­ gels in der Referenzspannungsschaltung (20) arbeitet.

10. Schaltung nach Anspruch 9, bei der der zweite der komple­ mentären Schalter (31, 34) von der gleichen Spannung gesteu­ ert wird, die den ersten und zweiten Stromspiegel steuert.