(57)【要約】【課題】電力管理システムにおいて待機モード中の電力消費を低減する半導体デバイス及びその方法の提供が必要とされる。【解決手段】出力が動作中にタイマ信号を提供する、第１の入力、第２の入力及び出力を含む比較器と、第１の電流端子及び制御端子を含むトランジスタであって、第１の電流端子は比較器の第２の入力に結合されるトランジスタと、比較器の第１の入力に結合される第１のノードと、比較器の第２の入力及びトランジスタの第１の電流端子に結合される第２のノードと、トランジスタの制御端子に結合される第３のノードとを備え、動作中、第３のノードは温度に応じたレートで第２のノードの電圧を変化させるべくトランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされ、比較器の出力の状態は第２のノードの電圧が第１のノードの電圧を跨ぐとき変化する、温度依存性タイマを有する回路を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度依存性タイマを有する回路であって、
第１の入力、第２の入力、および出力を含む比較器であって、前記出力は動作中にタイマ信号を提供する、前記比較器と、
第１の電流端子および制御端子を含むトランジスタであって、前記第１の電流端子は前記比較器の前記第２の入力に結合されている、前記トランジスタと、
前記比較器の前記第１の入力に結合されている第１のノードと、
前記比較器の前記第２の入力および前記トランジスタの前記第１の電流端子に結合されている第２のノードと、
前記トランジスタの前記制御端子に結合されている第３のノードと、を備え、
動作中、前記第３のノードは、温度に応じたレートで前記第２のノードの電圧を変化させるべく、前記トランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされ、前記比較器の前記出力の状態は、前記第２のノードの前記電圧が前記第１のノードの電圧を跨ぐとき変化する、回路。
【請求項２】
動作中、前記第３のノードは、温度に指数関数的に応じたレートで前記第２のノードの電圧を変化させるべく、前記トランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされる、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
バンドギャップ生成器をさらに備え、前記比較器の前記出力の状態の変化は、前記バンドギャップ生成器を起動して電圧を提供するために用いられる、請求項１に記載の回路。
【請求項４】
動作中、前記比較器の前記出力はパルスを提供し、該パルスの周波数は温度に依存する、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記第１のノードに結合されている第１の端子を含む第１のキャパシタと、
前記第２のノードに結合されている第１の端子を含む第２のキャパシタと、
前記第３のノードに結合されている第１の端子を含む第３のキャパシタと、
バンドギャップ生成器と、をさらに備え、前記比較器の前記出力の状態の変化は、前記バンドギャップ生成器を起動して生成器出力において電圧を提供するために用いられ、前記生成器出力における前記電圧は、ある期間にわたって前記第１のキャパシタ、前記第２のキャパシタ、および前記第３のキャパシタを充電するために使用される、請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記生成器出力と前記第１のキャパシタとの間に結合されている第１のスイッチと、前記生成器出力と前記第２のキャパシタとの間に結合されている第２のスイッチと、前記生成器出力と前記第３のキャパシタとの間に結合されている第３のスイッチと、をさらに備え、動作中、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチは、前記生成器出力において提供される前記電圧を用いてそれぞれ前記第１のキャパシタ、前記第２のキャパシタ、および前記第３のキャパシタを充電するために前記比較器の前記出力の前記状態の変化に基づく１つの時点に閉じられる、請求項５に記載の回路。
【請求項７】
前記生成器出力は抵抗ラダーに結合され、前記第１のスイッチは前記抵抗ラダーの第１のノードに接続され、前記第２のスイッチは前記抵抗ラダーの第２のノードに接続され、前記第３のスイッチは前記抵抗ラダーの第３のノードに接続される、請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記第１のノードに結合されている第１の端子を含む第１のキャパシタと、
前記第２のノードに結合されている第１の端子を含む第２のキャパシタと、
前記第３のノードに結合されている第１の端子を含む第３のキャパシタと、をさらに備え、
動作中、前記第１のキャパシタ、前記第２のキャパシタ、および前記第３のキャパシタは、前記電圧の放電のレートに応じた頻度で充電される、請求項４に記載の回路。
【請求項９】
前記第２のノードに結合しているキャパシタをさらに備え、動作中、該キャパシタは前記トランジスタを通じて放電される、請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
さらに動作中、前記電圧の変化のレートに応じた頻度で再充電されるキャパシタを備える、請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
動作中、前記キャパシタは、前記比較器の前記出力の状態の変化によって決定される時点において充電される、請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
前記キャパシタは、前記比較器の前記出力の状態が変化した後、予め決定された時間にわたって充電される、請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
基準電圧を提供するための基準ノードをさらに備え、該基準ノードは、前記比較器の前記出力の状態の変化によって決定される時点において充電される、請求項１に記載の回路。
【請求項１４】
動作中、前記第３のノードは、温度に応じたレートで前記第２のノードの電圧を放電するべく、前記トランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされ、前記比較器の前記出力の状態は、前記第２のノードの前記電圧が放電し前記第１のノードの前記電圧未満となるとき変化する、請求項１に記載の回路。
【請求項１５】
タイマを動作させる方法であって、
比較器の出力において複数のパルスを提供するようにタイマを動作させるステップを含み、前記パルスの周波数は温度に応じており、前記複数のパルスの各パルスを提供することは、
所定の電圧において前記比較器の第１の入力をバイアスさせるステップと、
温度に応じたレートで比較器の前記第１の入力の電圧を変化させるべく、トランジスタを動作のサブスレッショルド領域において動作させる、トランジスタ動作ステップと、を含み、前記比較器の出力の状態は、前記第１の入力の電圧が前記比較器の第２の入力の電圧を跨ぐとき変化する、方法。
【請求項１６】
前記トランジスタ動作ステップは、温度に指数関数的に応じたレートで前記比較器の前記第１の入力の電圧を変化させるべく、前記トランジスタを動作のサブスレッショルド領域において動作させるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
基準ノードの基準電圧をリフレッシュするために各パルスを使用するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
基準電圧をリフレッシュするために各パルスを使用する前記ステップは、前記基準電圧をリフレッシュするための電圧を提供するためにバンドギャップ生成器を起動するように各パルスを使用するステップを含み、前記バンドギャップ生成器は、前記複数のパルスのうちの次のパルスによって起動される前に停止される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
基準ノードの基準電圧をリフレッシュするために各パルスを使用する前記ステップは、前記基準電圧をリフレッシュするために前記基準ノードに結合されているキャパシタを充電するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記パルスのうちの各パルスは、次のパルスを生成するために前記第１の入力をバイアスさせるように使用される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の入力はキャパシタに結合されており、該キャパシタは前記パルスに基づく時点において充電される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記トランジスタ動作ステップは、温度に応じたレートで前記比較器の前記第１の入力の電圧を放電するべく、前記トランジスタを動作のサブスレッショルド領域において動作させるステップを含み、前記比較器の前記出力の状態は、前記第１の入力の電圧が放電し前記比較器の前記第２の入力の電圧未満となるとき変化する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して半導体デバイスに関し、より具体的には、温度依存性タイマ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップレベル電力管理システムは、より一層複雑になっており、低電力調整モードのために多くの電圧基準および電流基準を必要とし得る。例として、クロックのための電圧基準および電流基準、正確な調整制御（ウェルバイアス、ソースバイアス、およびコア調整レベルを含む）のための電圧基準および電流基準、ならびに、比較器およびバンドギャップ回路などの、低電力モードで作動する必要がある他のアナログブロックのための電流基準および電圧基準を含む。
【０００３】
いくつかの解決策は、特別な非常に電力の低い直流（ｄｃ）基準を提案しているが、これらの解決策では始動するのが遅く、温度にわたる精度に劣る場合があり、通常ただ１つの固定値を有する。より新しいシステムでは、より正確なリフレッシュされるサンプルホールド基準が使用されている。これらのシステムの１つの利点は、複数の基準が生成されることができるように同時にリフレッシュされるアドオンデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）または抵抗ラダーおよび乗算器を使用してより柔軟性があることである。このシステムのもう１つの利点は、リフレッシュ期間内で任意の数の電圧が生成されることができるが、サンプルフェーズよりも著しく長いホールドフェーズにおいてすべてがオフになることによって電力が節約されることである。
【０００４】
このシステムに対する制約の１つは、そのリフレッシュレートが、最悪の場合の条件、たとえば、１２５℃の高温に対して行われることである。低電力クロックは常に作動してリフレッシュレートを設定することができるが、これは公称温度における電力を必要とし、スイッチング電流および基板上の領域を伴う。低電力スリープモードについて空間および電力のオーバヘッドを低減することが望ましい。
【０００５】
なお、関連するメモリに遅延フィードバックを行うサンプルホールド回路について、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，９０６，８６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リフレッシュ可能電圧基準システムによって使用される電力を最小限に抑えることによって、高度な電力管理システムにおいて待機モードおよびスリープモードにおける電力消費を著しく低減する半導体デバイスおよび方法の提供が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、温度依存性タイマを有する回路であって、第１の入力、第２の入力、および出力を含む比較器であって、前記出力は動作中にタイマ信号を提供する、前記比較器と、第１の電流端子および制御端子を含むトランジスタであって、前記第１の電流端子は前記比較器の前記第２の入力に結合されている、前記トランジスタと、前記比較器の前記第１の入力に結合されている第１のノードと、前記比較器の前記第２の入力および前記トランジスタの前記第１の電流端子に結合されている第２のノードと、前記トランジスタの前記制御端子に結合されている第３のノードと、を備え、動作中、前記第３のノードは、温度に応じたレートで前記第２のノードの電圧を変化させるべく、前記トランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされ、前記比較器の前記出力の状態は、前記第２のノードの前記電圧が前記第１のノードの電圧を跨ぐとき変化する、ことを要旨とする。
【０００９】
請求項１５に記載の発明は、タイマを動作させる方法であって、比較器の出力において複数のパルスを提供するようにタイマを動作させるステップを含み、前記パルスの周波数は温度に応じており、前記複数のパルスの各パルスを提供することは、所定の電圧において前記比較器の第１の入力をバイアスさせるステップと、温度に応じたレートで比較器の前記第１の入力の電圧を変化させるべく、トランジスタを動作のサブスレッショルド領域において動作させる、トランジスタ動作ステップと、を含み、前記比較器出力の状態は、前記第１の入力の電圧が前記比較器の第２の入力の電圧を跨ぐとき変化する、ことを要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態に応じた、温度指数タイマを含む半導体デバイスの一実施形態のブロック図。
【図２】図１の半導体デバイスの実施形態における構成要素のさらなる詳細を示す概略図。
【図３】図２のタイマ回路に使用されてもよい比較器の一実施形態のさらなる詳細を示す概略図。
【図４】図１の半導体デバイスに使用される様々な信号のタイミング図の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は例として示されており、添付の図面によって限定されない。図面において、同様の参照符号は類似の要素を示す。図面内の要素は簡潔かつ明瞭にするために示されており、必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。
【００１２】
いくつかの実施形態において、温度に対して略指数関数的な依存性を有するタイマ回路が開示される。タイマは、リフレッシュ期間がサンプルホールドスイッチ上の漏れ（リーク）に比例するので、より低い温度におけるリフレッシュ電力を最小限に抑えるべく、サンプルホールドシステムに使用されることができる。回路は、非常に低い電力、たとえば、１０ｎＡの電流で動作する。
【００１３】
本明細書において使用される「温度に指数関数的に応じてレートで電圧を変化させる」という語句は、少なくとも特定の範囲の動作温度にわたって温度が増大するにつれて増大する、温度変化ごとのトランジスタによる電圧変化のレートを指す。
【００１４】
図１は、温度指数タイマ１０２と、遅延モジュール１０４と、インバータ１０５と、論理積（ＡＮＤ）ゲート１０６と、基準電圧生成器１０８と、第２の遅延モジュール１１０と、ＡＮＤゲート１１２とを含む半導体デバイス１００の一実施形態のブロック図である。温度指数タイマ１０２は遅延モジュール１０４にリフレッシュ信号を提供し、ＡＮＤゲート１０６の出力からリフレッシュイネーブル信号、基準電圧生成器１０８から電圧基準（ＲＥＦＡ、ＲＥＦＢ、ＲＥＦＣ）、およびＡＮＤゲート１１２の出力からリフレッシュスイッチ信号を受信するように結合されている。
【００１５】
タイマ１０２は、基準電圧生成器１０８内のバンドギャップ回路をオンするためのエッジをトリガして、３つの基準電圧信号ＲＥＦＡ、ＲＥＦＢ、ＲＥＦＣを含む、半導体デバイス１００のために記憶される必要があるすべての電圧をサンプリングするために使用されるリフレッシュ信号を生成する。
【００１６】
遅延モジュール１０４は、温度指数タイマ１０２からリフレッシュ信号を受信し、インバータ１０５への入力として第１の遅延リフレッシュ信号を提供するように結合されている。第１の遅延リフレッシュ信号はインバータ１０５によって反転され、反転された第１の遅延リフレッシュ信号はＡＮＤゲート１０６に対する入力として提供される。リフレッシュ信号はもう一方の入力においてＡＮＤゲート１０６に提供される。ＡＮＤゲート１０６によってリフレッシュイネーブル信号が出力され、基準電圧生成器１０８に提供される。
【００１７】
遅延モジュール１１０は温度指数タイマ１０２から入力としてのリフレッシュ信号を受信し、第２の遅延基準信号をＡＮＤゲート１１２に出力する。遅延モジュール１０４と遅延モジュール１１０とは、異なる時間遅延をリフレッシュ信号に課すことができる。たとえば、遅延モジュール１０４は１６マイクロ秒の時間遅延をリフレッシュ信号に課し、遅延モジュール１１０は４マイクロ秒の時間遅延をリフレッシュ信号に課す。遅延モジュール１１０は、バンドギャップ回路などの様々な回路構成要素内の信号が、基準電圧または他の信号を生成／リフレッシュするのに使用される前に安定化させて定常値にすることを可能にするために使用されることができる。遅延モジュール１０４、１１０の他の時間遅延値が使用されてもよい。
【００１８】
ＡＮＤゲート１１２は第１の入力において第２の遅延リフレッシュ信号を受信し、第２の入力においてリフレッシュ信号を受信し、入力として基準電圧生成器１０８および温度指数タイマ１０２に提供されるリフレッシュスイッチ信号を出力する。
【００１９】
基準電圧生成器１０８は、バンドギャップ回路、抵抗ラダーまたは抵抗分割器、乗算器、サンプルホールド回路、および他の適切な回路または構成要素を含むことができる。図示される実施形態において、基準電圧生成器１０８は、ＡＮＤゲート１０６からリフレッシュイネーブル信号を受信し、ＡＮＤゲート１１２からリフレッシュスイッチ信号を受信する。基準電圧生成器１０８は、第１のまたは「１」〜Ｎの基準電圧信号（ＲＥＦ１、ＲＥＦ２、ＲＥＦ３・・・ＲＥＦＮ）および温度指数タイマ１０２に提供される電圧基準信号（ＲＥＦＡ、ＲＥＦＢ、ＲＥＦＣ）などの電圧基準を出力する。
【００２０】
図２は、基準電圧生成器１０８の一部分およびタイマ１０２の一部分を含む、図１の半導体デバイス１００の実施形態における構成要素のいくつかのさらなる詳細を示す概略図である。基準電圧生成器１０８において、バンドギャップ回路２００はバンドギャップ電圧信号ＶＢＧを抵抗分割器２０２に出力する。抵抗分割器２０２は、ＶＢＧ信号とグランドとの間で直列に結合されている抵抗器２２０、２２２、２２４、２２６を含む。本明細書において使用されるものとしての「グランド」および「ＶＳＳ」という用語は、０ボルトの電圧レベル、または供給電圧（ＶＤＤなど）よりも低い仮想グランド信号を指す。
【００２１】
第１の電圧供給ＲＤＢがＶＢＧ信号にタッピングされる。第２の電圧供給ＲＤＡが抵抗ラダー２０２の抵抗器２２０と抵抗器２２２との間でタッピングされる。第３の電圧供給ＲＤＮが抵抗ラダー２０２の抵抗器２２２と抵抗器２２４との間でタッピングされる。第４の電圧供給ＲＤＣが抵抗ラダー２０２の抵抗器２２４と抵抗器２２６との間でタッピングされる。
【００２２】
図示されている基準電圧生成器１０８の部分は、スイッチ２１２〜２１８およびキャパシタ２０６〜２１１も含む。スイッチ２１２は、電圧供給ＲＤＢとキャパシタ２０６との間で直列に結合されている。キャパシタ２０６の一方の電極はスイッチ２１２の出力に結合されており、キャパシタ２０６の第２の電極はグランドに結合されている。ＲＥＦＢ電圧信号はリフレッシュスイッチ２１２およびキャパシタ２０６の動作によって生成される。
【００２３】
スイッチ２１４は、電圧供給ＲＤＡとキャパシタ２０８との間で直列に結合されている。第２のキャパシタ２０８の一方の電極はスイッチ２１４の出力に結合されており、キャパシタ２０８の第２の電極はグランドに結合されている。ＲＥＦＡ電圧信号はリフレッシュスイッチ２１４およびキャパシタ２０８の動作によって生成される。
【００２４】
スイッチ２１６は、電圧供給ＲＤＮとキャパシタ２１０との間で直列に結合されている。第３のキャパシタ２１０の一方の電極はスイッチ２１６の出力に結合されており、キャパシタ２１０の第２の電極はグランドに結合されている。ＲＥＦＮ電圧信号はリフレッシュスイッチ２１６およびキャパシタ２１０の動作によって生成される。
【００２５】
スイッチ２１８は、電圧供給ＲＤＣとキャパシタ２１１との間で直列に結合されている。第４のキャパシタ２１１の一方の電極はスイッチ２１８の出力に結合されており、キャパシタ２１１の第２の電極はグランドに結合されている。ＲＥＦＣ電圧信号はリフレッシュスイッチ２１８およびキャパシタ２１１の動作によって生成される。
【００２６】
なお、抵抗ラダー２０２は、所望の数の基準電圧を提供するために任意の適切な数の抵抗器を含むことができる。図２に示す基準電圧の数およびタイプは例示を目的としたものに過ぎず、本明細書に開示の方法およびデバイスを限定するようには意図されていない。
【００２７】
タイマ１０２の図示される部分において、ＲＥＦＡ電圧信号は比較器２０４の正入力端子に結合されている。ＲＥＦＢ電圧信号は、比較器２０４の負入力端子、および、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２０５のドレイン電極に結合されている。トランジスタ２０５の制御ゲートはＲＥＦＣ電圧信号に結合されている。比較器２０４はリフレッシュ信号を出力する。
【００２８】
ＲＥＦＡ電圧信号は、比較器２０４に対する記憶される一定の基準であって、該ＲＥＦＡ電圧信号は、タイマ１０２がタイムアウトするたびにリフレッシュされる。ＲＥＦＢ電圧信号は、比較器２０４の出力をアサートして新たなリフレッシュサイクルを始動するためにＲＥＦＢが降下してＲＥＦＡを下回るまでトランジスタ２０５を通じてゆるやかに放電することになる予備充電電圧である。ＲＥＦＣ電圧信号は、バンドギャップ回路からトリムされた基準電圧であることができ、定期的にリフレッシュされる一定の値である。
【００２９】
ＲＥＦＣ電圧信号の値は一般的に、トランジスタ２０５の閾値電圧を下回る。たとえば、ＲＥＦＣ電圧は約２００ｍＶであってもよく、一方でトランジスタ２０５をオンにするための閾値電圧はおよそ６００ｍＶ以上であってもよい。トランジスタ２０５を含む半導体回路構成要素は一般的に、温度とともに変化する電流の漏れがある。したがって、より多くの漏れが発生し、所望のレベルの基準電圧を維持するのにより高いリフレッシュレートが必要とされる温度において、基準電圧生成器１０８において基準電圧のリフレッシュサイクルをトリガするためにトランジスタ２０５が使用されることができる。漏れは温度とともに変化するため、リフレッシュサイクルの頻度は温度とともに変化することになり、それによって、より高い温度におけるよりも漏れが顕著でないより低い温度においてリフレッシュサイクルの数を低減することによって電力が節約される。ＲＥＦＣ電圧信号をトランジスタ２０５の閾値電圧未満に維持することによって、トランジスタ２０５の漏れは依然として検出され、ＲＥＦＢ電圧信号がＲＥＦＡ電圧信号のレベル以下に達するときにリフレッシュサイクルをトリガするのに使用されることができる。トランジスタ２０５のサブスレッショルド特性の結果として、ＲＥＦＢ電圧の変化のレートにおける応答が略指数関数的になる。
【００３０】
図３は、Ｐチャネルトランジスタ３０２〜３１６、Ｎチャネルトランジスタ３１８〜３２８および３３２〜３３６、論理和（ＯＲ）ゲート３３８、ならびにインバータ３４０を含む、図１および図２のタイマ１０８内で使用されてもよい比較器２０４の一実施形態のさらなる詳細を示す概略図である。Ｐチャネルトランジスタ３０２〜３１６のソース電極は供給電圧ＶＤＤに結合されている。Ｎチャネルトランジスタ３２２、３２６、３２８、３３２、３３４、３３６のソース電極はグランドに結合されている。
【００３１】
Ｎチャネルトランジスタ３２６は、ＲＥＦＢ電圧信号に結合されているドレイン電極、および、比較器出力（ＣＭＰＯＵＴ）信号に結合されている制御ゲートをさらに有する。
Ｐチャネルトランジスタ３０２は、Ｎチャネルトランジスタ３２８のドレイン電極に結合されているドレイン電極、および、Ｐチャネルトランジスタ３０４のドレイン電極とＮチャネルトランジスタ３１８のドレイン電極との間に結合されている制御ゲートをさらに有する。
【００３２】
Ｎチャネルトランジスタ３２８は、Ｎチャネルトランジスタ３３２および３３４の制御ゲートに結合されている制御ゲートをさらに有する。Ｎチャネルトランジスタ３２８の制御ゲートは、Ｎチャネルトランジスタ３２８のドレイン電極にも結合されている。
【００３３】
Ｐチャネルトランジスタ３０４は、Ｐチャネルトランジスタ３０６および３１２の制御ゲートに結合されている制御ゲート、ならびに、Ｎチャネルトランジスタ３１８のドレイン電極に結合されているドレイン電極をさらに有する。Ｐチャネルトランジスタ３０４の制御ゲートは、Ｐチャネルトランジスタ３０４のドレイン電極にも結合されている。
【００３４】
Ｎチャネルトランジスタ３１８は、ＲＥＦＢ電圧信号に結合されている制御ゲート、および、Ｎチャネルトランジスタ３２０のソース電極に結合されているソース電極をさらに有する。
【００３５】
Ｎチャネルトランジスタ３１８、３２０のソース電極とグランドとの間にはテール電流源３３０が結合されている。
Ｐチャネルトランジスタ３０６は、Ｐチャネルトランジスタ３０４の制御ゲートに結合されている制御ゲート、および、Ｎチャネルトランジスタ３２０のドレイン電極に結合されているドレイン電極をさらに有する。
【００３６】
Ｎチャネルトランジスタ３２０は、ＲＥＦＡ電圧信号に結合されている制御ゲート、および、Ｎチャネルトランジスタ３１８のソース電極に結合されているソース電極をさらに有する。
【００３７】
Ｐチャネルトランジスタ３０８は、リフレッシュスイッチ信号の相補物に結合されているゲート電極、および、Ｐチャネルトランジスタ３０６のドレイン電極とＮチャネルトランジスタ３２０のドレイン電極との間に結合されているドレイン電極を有する。
【００３８】
Ｐチャネルトランジスタ３１０は、Ｐチャネルトランジスタ３０８のドレイン電極に結合されている制御ゲート、ならびに、Ｎチャネルトランジスタ３３２のドレイン電極およびトランジスタ３２２の制御ゲートに結合されているドレイン電極を有する。
【００３９】
Ｎチャネルトランジスタ３３２は、Ｎチャネルトランジスタ３２８および３３４の制御ゲートに結合されている制御ゲート、ならびに、Ｐチャネルトランジスタ３１０のドレイン電極に結合されているドレイン電極を有する。
【００４０】
Ｐチャネルトランジスタ３１２は、Ｐチャネルトランジスタ３０２、３０４および３０６の制御ゲートに結合されている制御ゲート、ならびに、トランジスタ３２２のドレイン電極に結合されているドレイン電極を有する。
【００４１】
Ｎチャネルトランジスタ３２２は、Ｐチャネルトランジスタ３１０およびＮチャネルトランジスタ３３２のドレイン電極の間に結合されている制御ゲート、ならびに、トランジスタ３１２のドレインに結合されているドレイン電極を有する。
【００４２】
Ｐチャネルトランジスタ３１４は、リフレッシュスイッチ信号の相補物に結合されている制御ゲート、ならびに、トランジスタ３１６の制御ゲートとＰチャネルトランジスタ３１２およびＮチャネルトランジスタ３２２のドレイン電極との間に結合されているドレイン電極を有する。
【００４３】
Ｐチャネルトランジスタ３１６は、Ｐチャネルトランジスタ３１２、３１４およびＮチャネルトランジスタ３２２のドレイン電極の間に結合されている制御ゲート、ならびに、Ｎチャネルトランジスタ３３４のドレイン電極に結合されているドレイン電極を有する。
【００４４】
比較器出力信号ＣＭＰＯＵＴはＰチャネルトランジスタ３１６およびＮチャネルトランジスタ３３４のドレイン電極の間の信号である。
Ｎチャネルトランジスタ３３６は、リフレッシュスイッチ信号に結合されている制御ゲート、および、ＯＲゲート３３８の入力に結合される比較器出力信号ＣＭＰＯＵＴに結合されているドレイン電極をさらに有する。ＯＲゲート３３８の第２の入力はリフレッシュイネーブル信号に結合されている。
【００４５】
インバータ３４０の入力はリフレッシュスイッチ信号を受信し、インバータ３４０の出力は、リフレッシュスイッチ信号の相補物である。
ここで、比較器２０４の動作を、図４に示す様々な信号のタイミング図を参照して説明する。タイミング図の「ハイ」電圧または論理「ハイ」における信号の段線分は、本明細書においては「パルス」としても参照される。リフレッシュサイクルを通じたＲＥＦＡ電圧信号に対するＲＥＦＢ電圧信号の関係の時間履歴が図４０２に示されている。ＲＥＦＡ電圧信号は、経時的に指定レベルにおいて相対的に一定のままである。図示される例において、ＲＥＦＡ電圧信号は０．４ボルトの一定値を有する。ＲＥＦＢ電圧信号は、ＲＥＦＡ電圧信号の値に等しい値に達するまで経時的に直線的に下降する。
【００４６】
トランジスタ３０２、３０４、３０６、３１０、３１８、３２０、３２８および３３２ならびにテール電流源３３０が、プッシュプル比較器を形成する。トランジスタ３１２、３２２が第１のインバータを形成し、トランジスタ３１６、３３４が第２のインバータを形成する。ＲＥＦＢ電圧信号の放電は、経時的に徐々に発生する。第１のインバータおよび第２のインバータは、電流欠乏インバータとして作用し、ＲＥＦＢ電圧信号がＲＥＦＡ電圧信号以下になるまで、プッシュプル比較器２０４からの遅い信号がＯＲゲート３３８に入力されるのを防止するのに使用される。
【００４７】
ＲＥＦＢ電圧信号の値がＲＥＦＡ電圧信号の値に達すると、比較器出力信号ＣＭＰＯＵＴの値は図４０４に示すようにハイになる。トランジスタ３２６のゲートにおけるＣＭＰＯＵＴ信号のハイ値によってトランジスタ３２６は導通し、ＲＥＦＢ電圧信号の値を、ＲＥＦＡ電圧信号の値をさらに下回るグランドに引きこむ。
【００４８】
ＯＲゲート３３８の入力においてＣＭＰＯＵＴ信号の値がハイ値にあることによって、ＯＲゲート３３８はリフレッシュ信号に対してハイ値を出力する。
図１および図４を参照すると、リフレッシュ信号はＡＮＤゲート１０６の第１の入力、および遅延モジュール１０４に結合される。遅延モジュール１０４は、指定時間量が経過するまでロー値を出力する。ロー値はインバータ１０５によってハイ値に反転され、第２の入力としてＡＮＤゲート１０６に提供される。ＡＮＤゲート１０６に対する入力が両方ともハイになることによって、図４０８に示すリフッシュイネーブル信号であるＡＮＤゲート１０６の出力もハイになる。図４１０に示すように、リフレッシュイネーブル信号がハイになるとバンドギャップ電圧ＶＢＧがリフレッシュされる。
【００４９】
バンドギャップ電圧信号ＶＢＧの値を安定化させて定常値にするのに十分な時間を提供するために遅延モジュール１１０によって追加の遅延が導入されることができる。「安定化」遅延を実施するために、リフレッシュ信号が遅延モジュール１１０およびＡＮＤゲート１１２に対する入力として提供される。遅延モジュール１１０の出力は、リフレッシュ信号の値がハイである場合であっても、４マイクロ秒または他の適切な値などの第２の指定時間量にわたってローであることになる。リフレッシュ信号の値は、第２の指定時間量が満了するとＡＮＤゲート１１２へと通過することになる。ＡＮＤゲート１１２に対する入力が両方ともハイであることによって、リフレッシュスイッチ信号であるＡＮＤゲート１１２の出力は、図４１２に示すようにハイになる。
【００５０】
リフレッシュスイッチ信号はインバータ３４０を使用して反転されて、トランジスタ３０８および３１４の制御ゲートに提供される。リフレッシュスイッチ信号はトランジスタ３３６の制御ゲートに提供される。トランジスタ３３６のゲートがアクティブ化されると、トランジスタ３３６は比較器出力信号ＣＭＰＯＵＴの電圧をグランドに引き込み、それによって、トランジスタ３２６の制御ゲートが非アクティブ化されて、電圧信号ＲＥＦＢが基準電圧生成器１０８によってリフレッシュされることが可能になる。
【００５１】
遅延モジュール１０４内で使用される第１の指定時間量が満了すると、遅延モジュール１０４は、リフレッシュ信号がインバータ１０５に移動することを可能にする。インバータ１０５がハイ値のリフレッシュ信号をロー値に反転させると、ＡＮＤゲート１０６の出力はローになり、図４０２、４０８、４１０、および４１２に示すようにリフレッシュサイクルが終了する。その後、電圧信号ＲＥＦＢが、電圧信号ＲＥＦＡの値に達するまで徐々に減衰することが可能になり、これによって別のリフレッシュサイクルの状態が開始することになり、以下同様である。
【００５２】
なお、各リフレッシュサイクルが開始する時点は、電圧信号ＲＥＦＢが、電圧信号ＲＥＦＡの値に達するまで放電するレートに応じる。減衰のレートはトランジスタ２０５（図２）のサブスレッショルドの漏れに比例し、これは温度とともに変化する。減衰のレートにおける変動は、温度が増大するにつれて増大する漏れのレートと指数関数的またはほぼ指数関数的であってもよい。したがって、リフレッシュサイクルの頻度は温度に比例し、それによって、基準電圧を必要なときにのみリフレッシュすることによって電力が節約される。
【００５３】
ここまでで、いくつかの実施形態において、温度依存性タイマを有する回路であって、第１の入力、第２の入力、および出力を含む比較器であって、出力は動作中にタイマ信号を提供する、比較器と、第１の電流端子および制御端子を含むトランジスタであって、第１の電流端子は比較器の第２の入力に結合されている、トランジスタと、比較器の第１の入力に結合されている第１のノードと、比較器の第２の入力およびトランジスタの第１の電流端子に結合されている第２のノードと、トランジスタの制御端子に結合されている第３のノードとを備える、温度依存性タイマを有する回路が提供されたことを理解されたい。動作中、第３のノードは、温度に応じたレートで第２のノードの電圧を変化させるべく、トランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされる。比較器の出力の状態は、第２のノードの電圧が第１のノードの電圧を跨ぐとき変化する。
【００５４】
別の態様において、動作中、第３のノードは、温度に指数関数的に応じたレートで第２のノードの電圧を変化させるべく、トランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされることができる。
【００５５】
別の態様において、回路はバンドギャップ生成器をさらに備えることができる。比較器出力の状態の変化は、バンドギャップ生成器を起動して電圧を提供するために用いられることができる。
【００５６】
別の態様において、動作中、比較器の出力はパルスを提供し、パルスの周波数は温度に依存する。
別の態様において、回路は、第１のノードに結合されている第１の端子を含む第１のキャパシタと、第２のノードに結合されている第１の端子を含む第２のキャパシタと、第３のノードに結合されている第１の端子を含む第３のキャパシタと、バンドギャップ生成器と、をさらに備えることができる。比較器の出力の状態の変化は、バンドギャップ生成器を起動して生成器出力において電圧を提供するために用いられることができる。生成器出力における電圧は、ある期間にわたって第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、および第３のキャパシタを充電するために使用されることができる。
【００５７】
別の態様において、回路は、生成器出力と第１のキャパシタとの間に結合されている第１のスイッチと、生成器出力と第２のキャパシタとの間に結合されている第２のスイッチと、生成器出力と第３のキャパシタとの間に結合されている第３のスイッチとをさらに備えることができる。動作中、第１のスイッチ、第２のスイッチ、および第３のスイッチは、生成器出力において提供される電圧を用いてそれぞれ第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、および第３のキャパシタを充電するために比較器の出力の状態の変化に基く１つの時点に閉じられる。
【００５８】
別の態様において、生成器出力は抵抗ラダーに結合され、第１のスイッチは抵抗ラダーの第１のノードに接続され、第２のスイッチは抵抗ラダーの第２のノードに接続され、第３のスイッチは抵抗ラダーの第３のノードに接続される。
【００５９】
別の態様において、回路は、第１のノードに結合されている第１の端子を含む第１のキャパシタと、第２のノードに結合されている第１の端子を含む第２のキャパシタと、第３のノードに結合されている第１の端子を含む第３のキャパシタと、をさらに備えることができる。動作中、第１のキャパシタ、第２のキャパシタ、および第３のキャパシタは、電圧の放電のレートに応じた頻度で充電される。
【００６０】
別の態様において、回路はさらにキャパシタを備えることができる。第２のノードはキャパシタに結合されることができる。動作中、キャパシタはトランジスタを通じて放電されることができる。
【００６１】
別の態様において、回路はさらにキャパシタを備えることができる。動作中、キャパシタは、電圧の変化のレートに応じた頻度で再充電されることができる。
別の態様において、動作中、キャパシタは、比較器の出力の状態の変化によって決定される時点において充電されることができる。
【００６２】
別の態様において、キャパシタは、比較器の出力の状態が変化した後、予め決定された時間にわたって充電されることができる。
別の態様において、回路は、基準電圧を提供するための基準ノードをさらに備えることができる。基準ノードは、比較器の出力の状態の変化によって決定される時点において充電されることができる。
【００６３】
別の態様において、動作中、第３のノードは、温度に応じたレートで第２のノードの電圧を放電するべく、トランジスタが動作のサブスレッショルド領域にあるようにバイアスされることができる。比較器の出力の状態は、第２のノードの電圧が放電し第１のノードの電圧未満となるとき変化する。
【００６４】
他の実施形態において、タイマを動作させる方法であって、比較器出力において複数のパルスを提供するようにタイマを動作させるステップを含み、パルスの周波数は温度に応じる、方法を提供する。各パルスを提供することは、所定の電圧において比較器の第１の入力をバイアスさせるステップと、温度に応じたレートで比較器の第１の入力の電圧を変化させるべく、トランジスタを動作のサブスレッショルド領域において動作させる、トランジスタ動作ステップとを含む。比較器の出力の状態は、第１の入力の電圧が比較器の第２の入力の電圧を跨ぐとき変化する。
【００６５】
別の態様において、トランジスタ動作ステップは、温度に指数関数的に応じたレートで比較器の第１の入力の電圧を変化させるべくトランジスタを動作のサブスレッショルド領域において動作させるステップを含む。
【００６６】
別の態様において、方法は、基準ノードの基準電圧をリフレッシュするために各パルスを使用するステップをさらに含むことができる。
別の態様において、基準電圧をリフレッシュするために各パルスを使用するステップは、基準電圧をリフレッシュするための電圧を提供するためにバンドギャップ生成器を起動するように各パルスを使用するステップを含むことができる。バンドギャップ生成器は、複数のパルスのうちの次のパルスによって起動される前に停止されることができる。
【００６７】
別の態様において、基準ノードの基準電圧をリフレッシュするために各パルスを使用するステップは、基準電圧をリフレッシュするために基準ノードに結合されているキャパシタを充電するステップを含むことができる。
【００６８】
別の態様において、パルスのうちの各パルスは、次のパルスを生成するために第１の入力をバイアスさせるように使用されることができる。
別の態様において、第１の入力はキャパシタに結合されており、該キャパシタはパルスに基づく時点において充電される。
【００６９】
別の態様において、トランジスタ動作ステップは、温度に応じたレートで比較器の第１の入力の電圧を放電するべくトランジスタを動作のサブスレッショルド領域において動作させるステップを含むことができ、比較器の出力の状態は、第１の入力の電圧が放電し比較器の第２の入力の電圧未満となるとき変化する。
【００７０】
「アサート」または「セット」および「ネゲート」（または「アサート停止」もしくは「クリア」）という用語は、本明細書においては、信号、ステータスビット、または類似の装置をそれぞれ、その論理的に真または論理的に偽の状態にすることを指す場合に使用される。論理的に真の状態が論理レベル１である場合、論理的に偽の状態は論理レベル０である。そして、論理的に真の状態が論理レベル０である場合、論理的に偽の状態は論理レベル１である。
【００７１】
本明細書に記載される各信号は、正または負論理として設計されることができ、ここで、負論理は、信号名の上のバーまたは信号名に続く「Ｂ」（「バー」を表す）によって指示されることができる。負論理信号の場合、信号は、論理的真状態が論理レベル０に対応するアクティブ・ローである。正論理信号の場合、信号は、論理的真状態が論理レベル１に対応するアクティブ・ハイである。本明細書に記載される信号はいずれも負または正論理信号のいずれかとして設計されることに留意されたい。それゆえ、代替の実施形態では、正論理信号として記載される信号は、負論理信号として実装されてもよく、負論理信号として記載される信号は、正論理信号として実装されてもよい。
【００７２】
本開示を実装する装置は、大部分について、当業者に既知の電子部品および回路から成っているため、本開示の基礎となる概念の理解および評価のために、ならびに本開示の教示を分かりにくくせず当該教示から注意を逸らさせないために、回路の詳細は上記で例示されるように必要と考えられる範囲を超えては説明されない。
【００７３】
本開示は特定の導電型または電位の極性に関して記載されているが、当業者には導電型および電位の極性は逆であってもよいことが理解されるであろう。
本明細書において、具体的な実施形態を参照して本開示を説明したが、添付の特許請求の範囲に明記される本開示の範囲から逸脱することなくさまざまな改変および変更を為すことができる。たとえば、Ｎチャネルトランジスタ２０５はＰチャネルトランジスタに置き換えることができ、論理比較器２０４が対応して変化する。したがって、本明細書および図面は限定的な意味ではなく例示とみなされるべきであり、すべてのこのような改変が本開示の範囲内に含まれることが意図されている。本明細書において具体的な実施形態に関して記載されるいかなる利益、利点、または問題に対する解決策も、任意のまたはすべての請求項の重要な、必要とされる、または基本的な特徴または要素として解釈されるようには意図されない。
【００７４】
本明細書において使用される場合、「結合されている」という用語は、直接結合または機械的結合に限定されるようには意図されない。
さらに、本明細書において使用される場合、「１つ（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」という用語は、１つまたは２つ以上として定義される。さらに、特許請求の範囲における「少なくとも１つの」および「１つ以上の」などの前置きの語句の使用は、不定冠詞「１つの（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」による別の請求項要素の導入が、このように導入された請求項要素を含む任意の特定の請求項を、たとえ同じ請求項が前置きの語句「１つ以上の」または「少なくとも１つの」および「１つの（“ａ”  ｏｒ  “ａｎ”）」などの不定冠詞を含む場合であっても、１つだけのこのような要素を含む開示に限定することを暗示するように解釈されるべきではない。同じことが、定冠詞の使用についても当てはまる。
【００７５】
別途記載されない限り、「第１の」および「第２の」などの用語は、このような用語が説明する要素間で適宜区別するように使用される。したがって、これらの用語は必ずしも、このような要素の時間的なまたは他の優先順位付けを示すようには意図されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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