Brevet FR2687869A1 — publié le 19930827

" Circuit de génération de tension de substrat et de tension de pompage muni d'un oscillateur unique La présente invention a pour objet générale- ment les dispositifs de mémoire à semi-conducteur et plus particulièrement un circuit de génération de ten- sion de substrat et de tension de pompage muni d'un oscillateur unique. En général, la tension de fonctionnement des dispositifs de mémoire à semi-conducteur tend à être abaissée avec l'augmentation de la densité des dispo- sitifs de mémoire à semi-conducteur Par exemple, une RAM (mémoire à accès aléatoire dynamique de 16 Mbits utilise du 4 V et une RAM dynamique de 64 Mbits du 3,3 V comme tension de fonctionnement abaissée à partir d'une tension d'alimentation externe de 5 V Parallèle- ment à ces tendances vers des tensions de fonctionne- ment plus basses, une recherche continue a été effec- tuée pour réduire les consommations de courant des dispositifs de mémoire à semi- conducteur Dans ce but,20 un circuit de génération de tension constante est généralement incorporé dans le dispositif de mémoire à semi- conducteur Par exemple, dans un dispositif de mémoire à semi- conducteur tel qu'une RAM dynamique ou une RAM pseudo-statique constituée d'une capacité de25 mémoire et d'un transistor d'accès, un générateur de tension de substrat est nécessairement utilisé pour assurer la conservation de la donnée mémorisée dans la capacité de mémoire et une sécurité au bruit du dispo- sitif de mémoire De plus, un circuit de pompage de tension est aussi utilisé pour générer une tension accrue supérieure à la tension d'alimentation externe dans le but de compenser la perte de tension par le transistor d'accès, provoquée par la commande de fonc- tionnement de la ligne de mot associée à la cellule de mémoire à laquelle il accède. Sur la figure 1, un générateur de tension de substrat conventionnel est schématiquement représenté. Dans cette structure, un oscillateur 1 génère des impulsions 4 OSC lors de la mise sous tension du dispo- sitif de mémoire à semi-conducteur Un circuit de com- mande 2 de tension de substrat reçoit les impulsions 4 DOSC pour générer des signaux de commande complémen- taires Un circuit de pompage 3 de tension de substrat génère une tension de substrat VBB en réponse aux signaux de commande provenant du circuit de pompage de tension de substrat 2 Un détecteur de tension de sub- strat 4 détecte le niveau de la tension de substrat en sortie du circuit de pompage de tension de substrat 3 pour commander le fonctionnement de l'oscillateur 1 en fonction de la détection Lors du fonctionnement, l'oscillateur 1 génère des impulsions 4 OSC ayant une période de 60 à l Ons lorsque le dispositif de mémoire à semi-conducteur est alimenté Alors la commande de tension de substrat 2 reçoit les impulsions OOSC et génère les signaux de commande complémentaires en for- me d'onde carrée Le circuit de pompage de tension de substrat pompe vers le haut la tension de substrat VBB en réponse aux signaux de commande jusqu'à ce que la tension de substrat atteigne un niveau prédéterminé. Il s'en suit que, lorsque la tension de substrat VBB atteint la tension prédéterminée, alors le détecteur 4 provoque, en réponse aux résultats de la détection, l'arrêt de la génération des impulsions e OSC par l'oscillateur 1 Au contraire, lorsque la tension de substrat VBB est inférieure au niveau de tension pré- déterminé, le détecteur 4 permet à l'oscillateur 1 de générer les impulsions e OSC de sorte que le pompage vers le haut de la tension de substrat VBB s'effectue. Sur la figure 2, un circuit de pompage de tension conventionnel est schématiquement représenté. La structure et le mode de fonctionnement du circuit de pompage de tension sont similaires à ceux du géné- rateur de tension de substrat de la figure 1 La ten- sion pompée vers le haut est généralement utilisée comme tension d'alimentation des circuits périphéri- ques tels que mémoire tampon de donnée de sortie et circuit de commande de ligne de mot. Le générateur de tension de substrat de la figure 1 et le circuit de pompage de tension de la figure 2 sont tous les deux nécessairement incorporés dans un dispositif de mémoire à semi-conducteur Le circuit de pompage de tension de substrat 3 de la figure 1 est constitué d'une pluralité de capacités MOS (métal oxyde silicium) pour pomper vers le haut la tension de substrat négativement Le circuit de pompa- ge de tension 13 de la figure 2 est aussi constitué d'une pluralité de capacités MOS pour pomper vers le haut la tension jusqu'à être supérieure à la tension d'alimentation externe Conventionnellement, le géné- rateur de tension de substrat de la figure 1 et le circuit de pompage de tension de la figure 2 possèdent des oscillateurs séparés 1 et 11 Un oscillateur ty- pique connu lequel peut être utilisé pour les oscilla- teurs 1 et 11 est représenté en détail sur la figure 3 Un tel oscillateur consomme une grande quantité de courant, particulièrement durant l'état d'attente du dispositif de mémoire à semi-conducteur Par exemple si on suppose que la tension d'alimentation et la consommation de courant totale du dispositif de mémoi- re à semi-conducteur durant l'état d'attente sont res- pectivement 3,3 V et 5 OA, la consommation de courant de l'oscillateur est de 2 Op A ce qui représente les 2/5 de la consommation de courant totale du dispositif de mémoire à semi-conducteur Un tel courant d'attente dans l'oscillateur empêche la réduction de la consom- mation de courant du dispositif de mémoire à semi- conducteur En conséquence, si deux oscillateurs sépa- rés sont utilisés pour le dispositif de mémoire à se- mi-conducteur, le courant d'attente des oscillateurs devient les 4/5 de la consommation de courant totale du dispositif de mémoire à semi- conducteur et il en résulte une augmentation de la consommation de cou- rant. En conséquence, le but de la présente inven- tion est de procurer un dispositif de mémoire à semi- conducteur avec une consommation de courant d'attente diminuée. Un autre but de la présente invention est de procurer un circuit pour générer une tension de sub- strat et une tension de pompage avec un unique os- cillateur. Selon un aspect de la présente invention, un générateur de tension constante comporte un circuit de pompage de tension de substrat, un circuit de pompage de tension et un unique oscillateur pour générer des impulsions auxquelles le circuit de pompage de tension de substrat et le circuit de pompage de tension sont communément sensibles, de sorte que la consommation de courant du dispositif de mémoire à semi- conducteur est réduite pendant l'état d'attente. La présente invention sera bien comprise au vue de la description, à titre d'exemple, d'un mode de réalisation illustré par des schémas parmi lesquels: la figure 1 représente un bloc diagramme d'un géné- rateur de tension de substrat conventionnel, la figure 2 représente un bloc diagramme d'un cir- cuit de pompage de tension conventionnel, la figure 3 représente un oscillateur pour les figu- res 1 et 2, et la figure 4 représente un circuit de génération de tension de substrat et de tension de pompage avec un oscillateur unique conformément à la présente inven- tion. La figure 4 représente un circuit pour géné- rer une tension de substrat VBB et une tension de pom- page Vpp avec un oscillateur unique conformément à la présente invention Sur le dessin, un oscillateur génère des impulsions carrées e OSC lorsque le dis- positif de mémoire à semi-conducteur est sous tension. Un circuit de commande de tension de substrat 110 re- cevant les impulsions i DOSC à partir de l'oscillateur génère des signaux de commande de tension de sub- strat complémentaires Un circuit de pompage de ten- sion de substrat 120 recevant les signaux de com- mande de tension de substrat pompe la tension de sub- strat VBB vers le haut jusqu'à un niveau prédéterminé. Un détecteur de tension de substrat 130 détecte le ni- veau de la tension de substrat en sortie du circuit de pompage de tension du substrat 120 pour procurer un signal de commande de tension de substrat à l'oscilla- teur 100 et à la grille d'un transistor NMOS 104 le- quel valide/invalide la commande de tension de sub- strat 110 selon le résultat de la détection Une com- mande de pompage de tension 140 recevant les impul- sions 4 DOSC génère des signaux de commande de pompage de tension complémentaires Un circuit de pompage de tension 150 recevant les signaux de commande de pompa- ge de tension pompe la tension pompée Vpp vers le haut jusqu'à un niveau prédéterminé Un détecteur de ten- sion pompée vers le haut 160 détecte le niveau de la tension pompée Vpp provenant du circuit de pompage de tension 150 pour procurer un signal de commande de tension pompée à l'oscillateur 100 et à la grille d'un transistor NMOS 105 lequel valide/invalide la commande de pompage de tension 140 en fonction du résultat de la détection Un circuit de commande de l'oscillateur reçoit le signal de commande de tension de sub- strat et le signal de commande de tension pompée pour procurer un signal de commande de l'oscillateur à la grille d'un transistor MOS 103 lequel valide/invalide l'oscillateur 100. Dans cette description, l'oscillateur 100, la commande de tension de substrat 110, la commande de pompage de tension 140, le circuit de pompage de tension de substrat 120, le circuit de pompage de ten- sion 150, le détecteur de tension de substrat 130 et le détecteur de tension pompée 160 ont chacun les mêmes structures que celles dans les figures 1 et 2. De plus, le circuit de commande de l'oscillateur 170 composé d'une porte NON-OU 101 et d'un inverseur 102 représente un mode de réalisation préféré conformément à la présente invention. En se référant à cette structure, le mode de fonctionnement de la présente invention sera mainte- nant décrit en détail ci-après Avant toute autre chose, le circuit selon la présente invention est principalement caractérisé en ce que la section de génération de tension de substrat et la section de génération de tension de pompage partagent un unique oscillateur, de sorte que le courant d'attente du dis- positif de mémoire à semi-conducteur peut être cons- idérablement réduit Lors du fonctionnement, l'oscil- lateur 100 génère des impulsions e OSC ayant une pério- de de 60 à l O Ons lorsque le dispositif de mémoire à semi-conducteur est sous tension La commande de ten- sion de substrat 110 et la commande de pompage de ten- sion 140 reçoivent les impulsions 4 'OSC de manière usuelle, et génèrent respectivement les signaux de commande de tension de substrat et les signaux de commande de tension pompée Le circuit de pompage de tension de substrat 120 et le circuit de pompage de tension 150 génèrent respectivement la tension de sub- strat VBB et la tension pompée Vpp en réponse aux signaux de commande de tension de substrat et aux signaux de commande de tension pompée Le niveau de tension de la tension de substrat VBB est détecté par le détecteur de tension de substrat 130 En réponse aux résultats de la détection, l'oscillateur 100 et la commande de tension de substrat 110 sont mis en oeuvre de manière commandée Comme on le voit sur le dessin, on peut remarquer que le détecteur de tension de sub- strat 130 est connecté pour commander directement le fonctionnement de la commande de tension de substrat En conséquence, le circuit de pompage de tension de substrat 120 ne peut pas être influencé par les impulsions 4 OSC générées par l'oscillateur 100, même lorsque l'oscillateur 100 continue à générer des impulsions e OSC dans le but de permettre à la commande de pompage de tension 140 et au circuit de pompage de tension 150 de pomper la tension pompée vers le haut Vpp jusqu'à un niveau de tension prédéterminé De la même manière, le détecteur de tension pompée 160 est connecté pour commander directement le fonctionnement de la commande de pompage de tension 140, de sorte que le circuit de pompage de tension 150 ne peut pas être influencé par les impulsions 4 DOSC générées par l'oscillateur 100, même si l'oscillateur 100 continue à générer des impulsions 4 OSC dans le but de permettre à la commande de tension de substrat 110 et au circuit de pompage de tension de substrat 120 de pomper la tension de substrat VBB jusqu'à un niveau de tension prédéterminé Il s'en suit, et l'on s'aperçoit immé- diatement, que l'oscillateur 100 fonctionne pour géné- rer les impulsions 4 OSC lorsque l'un ou les deux de la tension de substrat VBB et de la tension pompée Vpp sont en-dessous des niveaux de tension prédéterminés correspondants. Comme décrit ci-dessus, le circuit de l'in- vention a un oscillateur unique pour générer la ten- sion de substrat et la tension pompée, de sorte que la consommation de courant par l'oscillateur pendant les états d'attente du dispositif de mémoire à semi- conducteur peut être réduit de moitié par rapport à la technique connue En outre, du fait de l'usage d'un oscillateur unique, le circuit de l'invention est avantageux pour augmenter la densité du dispositif de mémoire à semi-conducteur. Bien que l'invention ait été plus particu- lièrement représentée et décrite en se référant à une forme de réalisation particulière préférée de celle- ci, il apparaîtra au spécialiste de la question qu'on peut lui apporter des modifications de forme et de détail sans sortir de l'esprit et du cadre de la pré- sente invention Par exemple, l'oscillateur, les cir- cuits de commande, les circuits de pompage et les détecteurs peuvent comporter toutes améliorations de circuit connues dans ce domaine technique. R E V E N D I C A T I O N S 1) Générateur de tension constante ayant un circuit de pompage de tension de substrat et un cir- cuit de pompage de tension caractérisé en ce qu'il comporte un moyen ( 100) pour générer des impulsions, auxquelles le circuit de pompage de tension de sub- strat ( 102) et le circuit de pompage de tension ( 150) sont communément sensibles, agencé de sorte que les consommations de courant du circuit de pompage de ten- sion de substrat et du circuit de pompage de tension sont réduites pendant leurs états d'attente. 2) Générateur de tension constante selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des premier ( 130) et second ( 160) détecteurs pour respec- tivement détecter les sorties du circuit de pompage de tension de substrat et du circuit de pompage de tension, et pour commander le fonctionnement du cir- cuit de pompage de tension de substrat et du circuit de pompage de tension en fonction des résultats des détections. 3) Générateur de tension constante compor- tant un circuit de pompage de tension de substrat pour générer une tension de substrat, un circuit ( 130) de détection de tension de substrat pour détecter la ten- sion de substrat en sortie du circuit de pompage de tension de substrat dans le but de générer un signal de commande de tension de substrat, un circuit de pom- page de tension pour générer une tension pompée vers le haut et un circuit ( 160) de détection de tension pompée vers le haut pour détecter la tension pompée vers le haut en sortie du circuit de pompage de ten- sion dans le but de générer un signal de commande de tension pompée vers le haut, caractérisé en ce qu'il comporte: un oscillateur ( 100) communément couplé au circuit de détection de tension de substrat et au circuit de pompage de tension pour générer des impulsions, un circuit ( 110) de commande de tension de substrat pour recevoir les impulsions en sortie de l'oscilla- teur et générer un premier signal de commande à des- tination du circuit de pompage de tension de sub- strat en réponse au signal de commande de tension de substrat, un circuit ( 140) de commande de pompage de tension pour recevoir les impulsions en sortie de l'oscilla- teur et générer un second signal de commande du cir- cuit de pompage de tension en réponse au signal de commande de tension pompée vers le haut, et un moyen ( 170) pour recevoir le signal de commande de tension de substrat et le signal de commande de tension de pompage vers le haut pour générer un si- gnal de commande de l'oscillateur, l'oscillateur étant sensible au signal de commande de l'oscilla- teur, de sorte que le circuit de pompage de tension de sub- strat et le circuit de pompage de tension fonctionnent indépendamment l'un de l'autre en réponse aux impul- sions de sortie de l'oscillateur unique. 4) Générateur de tension constante selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen ( 170) pour générer un signal de commande d'oscillateur com- porte une porte NON-OU ( 101) recevant le signal de commande de tension de substrat et le signal de com- mande de tension de pompage vers le haut pour générer le signal de commande d'oscillateur. ) Générateur de tension constante selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de commande de tension de substrat est désactivé ( 104) et indépendant du circuit de pompage de tension lorsque la tension de substrat est à un premier niveau, et en il ce que le circuit de commande de pompage de tension est désactivé ( 105) et indépendant du circuit de pom- page de tension de substrat lorsque la tension de pompage vers le haut est à un second niveau.