專利名稱：控制電壓位準的電路、偏壓偵測電路以及補償方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種控制電壓位準的電路，適用于半導體裝置。
背景技術：
制程、溫度及/或電壓的變動會影響制板組裝的電路操作特性。已知方法及電路通常使用正及負溫度系數(shù)電流源對偵測電路施加偏壓，以改善制程、溫度及/或電壓變化所造成的變動。然而，一般只著重于溫度補償及/或電壓追蹤，一般來說是使用雙極裝置來產(chǎn)生正溫度補償電流源。
在所說明的例子中，正供應電壓是設計作為供應電壓VDD，且具有0伏的接地供應電壓是設計作為供應電壓VSS。
圖1是表示已知動態(tài)隨機存取存儲器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)的存儲單元。存儲單元包括P型入口晶體管101以及P型儲存晶體管102，P型儲存晶體管102是作為儲存電容。入口晶體管101的柵極耦接至字符線103，其漏極耦接至位元線105，其源極耦接至儲存晶體管102的源極。儲存晶體管102的柵極接收負提升偏壓電壓VBB。偏壓電壓VBB被儲存晶體管102的柵極氧化層的崩潰電壓以及儲存在此電極的最高電壓所限制。一般來說，偏壓電壓VBB設定為大于V1減去Vbd的電壓，V1一般等于正供應電壓VDD，且Vbd為儲存晶體管102介電質(zhì)的崩潰電壓。以幾乎等于入口晶體管101的門坎電壓絕對值的電壓，來對N型井區(qū)施加偏壓而為提升正電壓VPP，其中，提升正電壓VPP大于供應電壓VDD。
為了電路(例如圖1)能正確地工作，某電壓位準，例如VPP，需要成為預設位準。電壓VPP的位準需足以將傳輸柵關好，電壓VBB需要夠大以開啟轉(zhuǎn)換柵極等等。然而，在元件特性偏快的制程(fast corner processing)下，或是高溫度下，門坎電壓會降低，意指柵極以較低的電壓VBB而導通，但需要更大的電壓VPP來關閉柵極。在元件特性偏慢的制程(slow corner processing)下則有相反的情況。因此，電壓VPP通常需要追蹤電壓VDD變化，例如，維持固定電壓差。
表1表示在反應于電壓VPP與VBB的操作、溫度及基本環(huán)境的變化下期望電壓VPP與VBB的位準。
表1

已知技術的難題在于，對于制程-電壓-溫度(process-voltage-temperature，PVT)的補償方法及電路，在制程變動存在時，無法反應字符線電壓的真實需求。舉例來說，因為對于正溫度補償電流源而言，串連于正溫度補償電流源的電壓源VDD與VSS間的許多元件，例如MOS晶體管、電阻器、以及雙極晶體管，已知方法及電路無法操作在低電壓制程。
此外，已知技術通常維持電壓在一組位準，例如，VPP＝VDD+|VTP|以及VBB＝VSS-|VTP|。假使門坎電壓VTP變小，例如被環(huán)境改變所影響，因為操作在漏電流狀態(tài)的較低關閉電壓，使得關閉電流(off-current)可增加。圖2至圖4表示已知解決方式的代表。
圖2是表示已知電壓VPP偵測電路，其使用電流INTE及IPTE的電流源CS20及CS21。圖3a及圖3b是表示關于圖2及圖4中已知解決方式的已知電流源。圖3a是表示電流源CS20的電路圖，且圖3b是表示電流源CS21的電路圖，其中，INTE＝|VTP|/R的值為負，IPTE＝kT/q×Ln(m)的值為正。圖4是表示已知電壓VBB偵測電路。這些已知解決方式，是使用正及負溫度補償電流源以對偵測電路施加偏壓，且只著重于溫度及電壓追蹤，因此無法反應因此制程變化而在字符線的真實需要。
因此為了排除已知技術的缺點，本發(fā)明的目的為揭露一種電路，其在PVT變換的情況下提供適合的字符線電壓位準VPP及VBB。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明主要目的在于提供一種控制電壓位準的電路，其包括第一PMOS晶體管、MOS次門坎電流源以及第一不隨偏壓改變電流源。第一PMOS晶體管耦接第一電壓耦合器，第一PMOS晶體管的柵極與漏極彼此耦接。MOS次門坎電流源耦接第二電壓耦合器。第一不隨偏壓改變電流源耦接于MOS次門坎電流源與第一PMOS晶體管之間。
本發(fā)明所述的控制電壓位準的電路，更包括一抑制耦合器，耦接于該第一不隨偏壓改變電流源與該MOS次門坎電流源之間。
本發(fā)明所述的控制電壓位準的電路，該第一電壓耦合器耦接一正電壓源，且該第二電壓耦合器耦接一接地線。
本發(fā)明所述的控制電壓位準的電路，該MOS次門坎電流源包括一正溫度補償電流源。
本發(fā)明所述的控制電壓位準的電路，該第一不隨偏壓改變電流源包括一第一耦合端；以及一第二耦合端；其中，該第一耦合端耦接該第一PMOS晶體管的漏極，且該第二耦合端耦接該MOS次門坎電流源。
本發(fā)明另提出一種偏壓電壓偵測電路，其包括第一電壓源、正溫度補償電流源、不隨偏壓改變電流源以及PMOS晶體管。正溫度補償電流源具有耦接第一電壓源的第一端，以及第二端。不隨偏壓改變電流源具有耦接正溫度補償電流源的第二端的第一端，以及第二端。PMOS晶體管具有耦接不隨偏壓改變電流源的第二端的源極，以及耦接第二電壓源的漏極與柵極。
本發(fā)明更提出一種補償方法，利用制程-電壓-溫度來補償芯片線路的電壓，具有以下步驟，首先提供配置為二極管連接狀態(tài)的第一晶體管；將第一晶體管耦接至被補償?shù)恼妷涸?。提供參考電流的第一不隨偏壓改變電流源且將第一不隨偏壓改變電流源耦接至第一晶體管。提供次門坎電流的電流源，且此次門坎電流的電流源包括參考電流的第二不隨偏壓改變電流源以及被驅(qū)動為飽和狀態(tài)的第二晶體管。將次門坎電流的電流源耦接至第一不隨偏壓改變電流源，以及允許根據(jù)門坎電壓變化而改變次門坎電壓。
本發(fā)明所述的補償方法，該門坎電壓的減少導致該次門坎電流的增加；以及該門坎電壓的增加導致該次門坎電流的減少。
本發(fā)明還提供一種控制電壓位準的電路，是根據(jù)制程，電壓及溫度而控制電壓位準，所述根據(jù)制程，電壓及溫度而控制電壓位準的電路具有一第一電壓偵測電路，一第二電壓偵測電路，以及兩電流源，其改善之處為兩該電流源為兩獨立電流源。
本發(fā)明所述的控制電壓位準的電路，該獨立電流源是一參考電流源與一飽和次門坎電流源的函數(shù)(function)。
本發(fā)明于制程、電壓及溫度變化的不同環(huán)境下，可產(chǎn)生預期字符線電壓位準的電路。此允許字符線電壓位準不僅只對溫度反應。


圖1表示已知動態(tài)隨機存取存儲器的存儲單元；圖2表示已知電壓VPP偵測電路；圖3a表示已知電流INTE的電流源的電路圖；圖3b表示已知電流IPTE的電流源的電路圖；圖4表示已知電壓VBB偵測電路；圖5表示本發(fā)明實施例的電壓VPP偵測電路的電路圖；圖6表示本發(fā)明實施例的MOS次門坎電流源的電路圖；圖7表示本發(fā)明實施例的不隨偏壓改變的電流源的電路圖；圖8表示本發(fā)明實施例的電壓VBB偵測電路的電路圖；圖9表示本發(fā)明提供具有適當制程-電壓-溫度補償?shù)男酒€路電壓的方法流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
參閱圖5，在本發(fā)明實施例中，提供控制電壓位準的電路包括PMOS晶體管501、MOS次門坎電流源600、以及不隨偏壓改變的電流源700。PMOS晶體管501耦接電壓耦合器10，MOS次門坎電流源600耦接電壓耦合器20，不隨偏壓改變的電流源700耦接于MOS次門坎電流源600與PMOS晶體管501之間。
此外，抑制耦合器(inhibit coupler)800提供于不隨偏壓改變的電流源700與MOS次門坎電流源600之間。在本實施例，根據(jù)次門坎電流Isbt的提升，耦接電壓耦合器10的電流源可被補償而提升。根據(jù)次門坎電流Isbt的下降，被補償?shù)碾妷涸矗珉妷篤PP的電壓源，也可下降。抑制耦合器800可用來提供參考信號以偵測在被補償?shù)碾妷涸吹碾妷褐?，例如電壓VPP的電壓源的電壓值。舉例來說，在抑制耦合器800的較高值可用來抑制在被補償?shù)碾妷涸吹碾妷哼_到期望值。
PMOS晶體管501的柵極與漏極彼此耦接。
在較佳實施例中，電壓耦合器10可適用于耦接電壓源VPP，且電壓耦合器20可適用于耦合接地線。
MOS次門坎電流源600更包括電流Ippc的電流源。電流Ippc的電流源代表電壓源VPP的正溫度補償電流源，電流Ibbc的電流源代表電壓源VPP的正溫度補償電流源。電流Ippc的電流源包括兩元件，提供參考電流源Iref的不隨偏壓改變的電流源以及提供電流Isat的MOS飽和電流源，使得Ippc＝C1×Iref+C2×Isat，其中C1及C2為實數(shù)。
參閱圖6，其表示MOS次門坎電流源600的實施例。MOS次門坎電流源600包括電壓耦合器12、電阻器601、不隨偏壓改變的電流源701及702、PMOS晶體管602、NMOS晶體管603及604。電阻器601具有耦接電壓耦合器12的第一端以及第二端。不隨偏壓改變的電流源701耦接電阻器601的第二端。PMOS晶體管602的源極耦接電壓耦合器12，其柵極耦接電阻器601的第二端。不隨偏壓改變的電流源702耦接PMOS晶體管602的漏極。NMOS晶體管603的漏極與柵極耦接PMOS晶體管602的漏極，其源極耦接電壓耦合器20a。NMOS晶體管604的柵極耦接NMOS晶體管603的柵極，其源極耦接電壓耦合器20b，以及其漏極耦接電流IPPC的電流源。
在較佳實施例中，電壓耦合器12可耦接電壓源VDD，且電壓耦合器20a與20b可耦接接地線。
參閱圖7，每一不隨偏壓改變的電流源700、701及702更包括電壓耦合器13、參考電阻器705、PMOS晶體管710、712、以及NMOS晶體管711、713。圖7是以不隨偏壓改變的電流源700為例。參考電阻器705具有耦接電壓耦合器13的第一端以及第二端。PMOA晶體管710的源極耦接參考電阻器705的第二端。PMOS晶體管712柵極及漏極耦接PMOS晶體管710的柵極，其源極耦接電壓耦合器13。NMOS晶體管711的漏極與柵極耦接PMOS晶體管710的漏極，其源極耦接電壓耦合器20c。NMOS晶體管713的漏極耦接PMOS晶體管712的漏極，其柵極耦接NMOS晶體管711的柵極，以及其源極耦接電壓耦合器20d。
電壓耦合器13可耦接電壓源VDD，且電壓耦合器20c與20d可耦接接地線。
不隨偏壓改變的電流源700更包括第一耦合端及第二耦合端。第一耦合端耦接PMOS晶體管501的漏極，且第二耦合端耦接MOS次門坎電流源600。
參閱圖8，其表示電壓VBB偵測電路的實施例。電壓VBB偵測電路包括第一電壓源(為未顯示)、不隨偏壓改變的電流源700、以及PMOS晶體管801。第一電壓源具有耦接電壓耦合器14的第一端以及第二端。不隨偏壓改變的電流源700包括耦接提供電流Ibbc的電流源823的第一端以及第二端。PMOS晶體管801的源極耦接不隨偏壓改變的電流源700的第二端，其柵極與漏極耦接電壓源15。電流Ibbc為參考電流Iref與電流Isat的結(jié)合，使得Ibbc＝D1×Iref+D2×Isat，其中D1及D2為可選擇的實數(shù)。
第一電壓源可為電壓VDD的電壓源，且電壓源15可耦接電壓VBB的電壓源。
在示范實施例的操作上，參閱圖5、圖6及圖9，具有適當PVT補償?shù)男酒€路電壓，可由配置成二極管狀態(tài)的晶體管501來提供(步驟900)。將晶體管501耦接至即將被補償?shù)碾妷厚詈掀?0(步驟910)。提供參考電流Iref的不隨偏壓改變的電流源700(步驟920)。將不隨偏壓改變的電流源700耦接至晶體管501(步驟930)。提供次門坎電流Isbt的MOS次門坎電流源600(步驟940)，其中，MOS次門坎電流源600包括參考電流源Iref的不隨偏壓改變的電流源701以及配驅(qū)動為飽和狀態(tài)的晶體管602。將MOS次門坎電流源600耦接至不隨偏壓改變的電流源700(步驟950)。允許根據(jù)門坎電壓的變化而改變次門坎電流Isbt(步驟960)。
在此方法中，減少門坎電壓則增加次門坎電流Isbt，而增加門坎電壓則減少次門坎電流Isbt。
本發(fā)明的一觀點是對于制程、電壓及溫度變化的不同環(huán)境下，而產(chǎn)生預期字符線電壓位準的電路。此允許字符線電壓位準不僅只對溫度反應。
本發(fā)明的另一觀點是環(huán)境獨立的產(chǎn)生，以及根據(jù)系數(shù)C1、C2、D1及D2選擇的遲鈍電壓VPP及VBB位準的產(chǎn)生。系數(shù)C2及D2較小則電壓VPP及VBB對于環(huán)境變化反應較為遲鈍。相反地，系數(shù)C2及D2較大則電壓VPP及VBB對于環(huán)境變化反應較為靈敏。
本發(fā)明的另一觀點為，其可以任何種類的制程來實施，包括低電壓制程，以及其可以簡單的電路來實施。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項技術的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎上做進一步的改進和變化，因此本發(fā)明的保護范圍當以本申請的權利要求書所界定的范圍為準。
附圖中符號的簡單說明如下101～P型入口晶體管102～P型儲存晶體管103～字符線105～位元線104～儲存點CS20、CS21～電流源10、12、13、14、20、20a、20b、20c、20d～電壓耦合器15、823～電壓源501、602、710、712、801～PMOS晶體管600～MOS次門坎電流源601～電阻器603、604、711、713～NMOS晶體管700、701、702～不隨偏壓改變的電流源705～參考電阻器800～抑制耦合器
權利要求
1.一種控制電壓位準的電路，其特征在于所述控制電壓位準的電路包括一第一PMOS晶體管，耦接一第一電壓耦合器，該第一PMOS晶體管的柵極與漏極彼此耦接；一MOS次門坎電流源，耦接一第二電壓耦合器；以及一第一不隨偏壓改變電流源，耦接于該MOS次門坎電流源與該第一PMOS晶體管之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制電壓位準的電路，其特征在于更包括一抑制耦合器，耦接于該第一不隨偏壓改變電流源與該MOS次門坎電流源之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的控制電壓位準的電路，其特征在于該第一電壓耦合器耦接一正電壓源，且該第二電壓耦合器耦接一接地線。
4.根據(jù)權利要求1所述的控制電壓位準的電路，其特征在于該MOS次門坎電流源包括一正溫度補償電流源。
5.根據(jù)權利要求1所述的控制電壓位準的電路，其特征在于該第一不隨偏壓改變電流源包括一第一耦合端；以及一第二耦合端；其中，該第一耦合端耦接該第一PMOS晶體管的漏極，且該第二耦合端耦接該MOS次門坎電流源。
6.一種偏壓偵測電路，其特征在于所述偏壓偵測電路包括一第一電壓源；一正溫度補償電流源，具有耦接該第一電壓源的第一端，以及第二端；一不隨偏壓改變電流源，具有耦接該正溫度補償電流源的第二端的第一端，以及第二端；以及一PMOS晶體管，具有耦接該不隨偏壓改變電流源的第二端的源極，以及耦接一第二電壓源的漏極與柵極。
7.一種補償方法，其特征在于所述補償方法利用制程-電壓-溫度來補償芯片線路的電壓，該補償方法包括提供配置為二極管連接狀態(tài)的一第一晶體管；將該第一晶體管耦接至被補償?shù)囊徽妷涸矗惶峁┮粎⒖茧娏鞯囊坏谝徊浑S偏壓改變電流源；將該第一不隨偏壓改變電流源耦接至該第一晶體管；提供一次門坎電流的一電流源，該次門坎電流的該電流源包括該參考電流的一第二不隨偏壓改變電流源以及被驅(qū)動為飽和狀態(tài)的一第二晶體管；將該次門坎電流的該電流源耦接至該第一不隨偏壓改變電流源；以及允許根據(jù)一門坎電壓變化而改變該次門坎電壓。
8.根據(jù)權利要求7所述的補償方法，其特征在于該門坎電壓的減少導致該次門坎電流的增加；以及該門坎電壓的增加導致該次門坎電流的減少。
9.一種控制電壓位準的電路，是根據(jù)制程，電壓及溫度而控制電壓位準，其特征在于所述根據(jù)制程，電壓及溫度而控制電壓位準的電路具有一第一電壓偵測電路，一第二電壓偵測電路，以及兩電流源，其改善之處為兩該電流源為兩獨立電流源。
10.根據(jù)權利要求9所述的控制電壓位準的電路，其特征在于該獨立電流源是一參考電流源與一飽和次門坎電流源的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明是一種控制電壓位準的電路、偏壓偵測電路以及補償方法，所述控制電壓位準的電路，其包括第一PMOS晶體管、MOS次門坎電流源以及第一不隨偏壓改變電流源。第一PMOS晶體管耦接第一電壓耦合器，第一PMOS晶體管的柵極與漏極彼此耦接。MOS次門坎電流源耦接第二電壓耦合器。第一不隨偏壓改變電流源耦接于MOS次門坎電流源與第一PMOS晶體管之間。本發(fā)明于制程、電壓及溫度變化的不同環(huán)境下，可產(chǎn)生預期字符線電壓位準的電路。此允許字符線電壓位準不僅只對溫度反應。
文檔編號G11C11/4063GK1734666SQ200510007328
公開日2006年2月15日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權日2004年8月2日
發(fā)明者鄒宗成 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司