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    DieErfindung betrifft ein Spannungsregelverfahren sowie ein Spannungsregelsystem(1), mit welchem eine an einem Eingang (17) des Spannungsregelsystems(1) anliegende erste Spannung (VDD) in eine zweite, im Wesentlichenkonstante Spannung (VINT) umgewandelt wird, welche an einem Ausgang(19c) des Spannungsregelsystems (1) abgegriffen werden kann, wobeibei dem Spannungsregelsystem (1) zusätzlich eine Einrichtung (34,35, 36) vorgesehen ist zum Abschätzender Leistungsfähigkeitvon an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelementen.Wirdabgeschätzt,dass die Leistungsfähigkeitder an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelemente unter einendie abgeschätzteLeistungsfähigkeitkennzeichnenden Schwellwert (IDSATnom) absinkt, kann die zweiteSpannung (VINT) erhöhtwerden.
    公开号:DE102004004775A1
    申请号:DE200410004775
    申请日:2004-01-30
    公开日:2005-08-25
    发明作者:Martin Brox
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:G05F1-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Spannungsregelsystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs1, und ein Spannungsregelverfahren.
    [0002] BeiHalbleiter-Bauelementen, wie z.B. DRAMs (DRAM = Dynamic Random AccessMemory bzw. dynamischer Schreib-Lese-Speicher) kann sich ein internim Bauelement verwendeter Spannungspegel VINT von einem außerhalbdes Bauelements verwendeten, z.B. von einer externen Spannungsversorgungfür dasHalbleiter-Bauelementbereitgestellten Spannungspegel (Versorgungsspannungspegel) VDDunterscheiden.
    [0003] Insbesonderekann der intern verwendete Spannungspegel VINT kleiner sein, alsder Pegel VDD der Versorgungsspannung – beispielsweise kann der internverwendete Spannungspegel VINT 1,5 V betragen, und der VersorgungsspannungspegelVDD z.B. zwischen 1,5 V und 2,5 V, etc.
    [0004] Eingegenüberdem Versorgungsspannungspegel VDD verringerter interner Spannungspegel VINThat den Vorteil, dass hierdurch die Verlustleistungen im Halbleiter-Bauelementreduziert werden können.
    [0005] Desweiteren kann der Spannungspegel VDD der externen Spannungsversorgungrelativ starken Schwankungen unterworfen sein.
    [0006] Deshalbwird die Versorgungsspannung üblicherweise – damitdas Bauelement möglichstfehlerfrei, bzw. auf möglichstverlässlicheArt und Weise betrieben werden kann – mittels eines Spannungsreglersin eine (nur relativ geringen Schwankungen unterworfene, auf einenbestimmten, konstanten, verringerten Wert hin geregelte) interneSpannung VINT umgewandelt.
    [0007] HerkömmlicheSpannungsregler (z.B. entsprechende downconverter) können z.B.einen Differenzverstärker,und einen p-Feldeffekttransistor aufweisen. Das Gate des Feldeffekttransistorskann an einen Ausgang des Differenzverstärkers angeschlossen sein, unddie Source des Feldeffekttransistors z.B. an die externe Spannungsversorgung.
    [0008] Anden Minus-Eingang des Differenzverstärkers wird eine – nur relativgeringen Schwankungen unterworfene – Referenzspannung VREF angelegt. Dieam Drain des Feldeffekttransistors ausgegebene Spannung kann direkt,oder z.B. unter Zwischenschaltung eines Spannungsteilers an denPlus-Eingang des Differenzverstärkersrückgekoppeltwerden.
    [0009] DerDifferenzverstärkerregelt die am Gate-Anschluß desFeldeffekttransistors anliegende Spannung so, dass die (rückgekoppelte)Drain-Spannung – unddamit die vom Spannungsregler ausgegebene Spannung – konstantist, und gleich groß,wie die Referenzspannung, oder z.B. um einen bestimmten Faktor größer.
    [0010] ZurErzeugung der o.g. Referenzspannung VREF kann z.B. eine entsprechende,herkömmliche Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung,z.B. eine band-gap-Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung verwendet werden,die aus der o.g. – den o.g.relativ hohen Versorgungsspannungspegel VDD aufweisenden – Versorgungsspannung(die ggf. relativ starken Spannungs-Schwankungen unterworfen sein kann) – z.B. mittelseiner oder mehreren Dioden – eineinen konstanten Spannungspegel VBGR aufweisendes Signal erzeugt.
    [0011] Dasden konstanten Spannungspegel VBGR aufweisende Signal kann an eineBuffer-Schaltung weitergeleitet, dort entsprechend (zwischen-)gespeichert,und – inForm entsprechender, den o.g. Referenzspannungs-Pegel VREF aufweisenderSignale – weiterverteiltwerden (z.B. an den o.g. Spannungsregler (bzw. an den Minus-Eingangdes entsprechenden Spannungsregler-Differenzverstärkers), und/oderan weitere, auf dem Halbleiter-Bauelement vorgesehene Einrichtungen,z.B. weitere Spannungsregler).
    [0012] DieHöhe dervon den jeweiligen Spannungsreglern ausgegebenen internen SpannungVINT muß soniedrig fest voreingestellt sein, dass – unter Berücksichtigung ggf. auftretenderHerstell-Ungenauigkeiten bzw. -Varianzen – unter allen Umständen (z.B. auchbei der kürzestenmöglicherweisegegebenen Gate-Längeder an die interne Spannung angeschlossenen Transistoren) das Halbleiter-Bauelementverlässlichbetrieben werden kann.
    [0013] Bei – beispielsweise – größeren (tatsächlichen)Gate-Längen,etc. ist die auf die o.g. Weise gewählte interne Spannung VINTgeringer, als sie eigentlich sein könnte, was zu Performance-Einbußen führt.
    [0014] DieErfindung hat zur Aufgabe, ein neuartiges Spannungsregelsystem,und ein neuartiges Spannungsregelverfahren bereitzustellen.
    [0015] Sieerreicht dieses und weitere Ziele durch die Gegenstände derAnsprüche1 und 8.
    [0016] VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    [0017] Gemäß einemGrundgedanken der Erfindung wird ein Spannungsregelsystem bereitgestellt, mitwelchem eine an einem Eingang des Spannungsregelsystems anliegendeerste Spannung (VDD) in eine zweite, im wesentlichen konstante Spannung (VINT)umgewandelt wird, welche an einem Ausgang des Spannungsregelsystemsabgegriffen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß bei demSpannungsregelsystem zusätzlicheine Einrichtung vorgesehen ist zum Abschätzen der Leistungsfähigkeitvon an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelementen.
    [0018] Falls – durchdie (zusätzliche)Einrichtung – abgeschätzt wird,dass die Leistungsfähigkeitder an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelemente unter einendie abgeschätzteLeistungsfähigkeitkennzeichnenden Schwellwert (IDSATnom) absinkt, kann die zweiteSpannung (VINT) erhöht, unddamit die Leistungsfähigkeitder an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelemente verbessertwerden.
    [0019] Imfolgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispieleund der beigefügten Zeichnungnäher erläutert. Inder Zeichnung zeigt:
    [0020] 1 eineschematische Darstellung eines Spannungsregelsystems gemäß einemAusführungsbeispielder Erfindung;
    [0021] 2 eineschematische Detail-Darstellung einer im in 1 dargestelltenSpannungsregelsystem verwendbaren Bufferschaltung;
    [0022] 3 eineschematische Detail-Darstellung eines im in 1 dargestelltenSpannungsregelsystem verwendbaren Spannungsreglers;
    [0023] 4 eineschematische Darstellung der Höheder Ausgangsspannung des in 1 gezeigtenSpannungsregelsystems, in Abhängigkeitvon der Höhedes Sättigungsstroms(im aktivierten, und im nicht-aktivierten Zustand der Komparatorschaltung);
    [0024] 5 eineschematische Detail-Darstellung einer im in 1 dargestelltenSpannungsregelsystem verwendbaren Schwellwert-Subtraktions-Schaltung;und
    [0025] 6 eineschematische Detail-Darstellung einer im in 1 dargestelltenSpannungsregelsystem verwendbaren Prozess-Monitor-Schaltung.
    [0026] In 1 isteine schematische Darstellung eines – auf einem entsprechendenHalbleiter-Bauelement angeordneten – Spannungsregelsystems 1 gemäß einemAusführungsbeispielder Erfindung gezeigt.
    [0027] Beidem Halbleiter-Bauelement kann es sich z.B. um einen entsprechenden,integrierten (analogen bzw. digitalen) Rechenschaltkreis handeln, und/oderum ein Halbleiter-Speicherbauelementwie z.B. ein Funktionsspeicher-Bauelement (PLA, PAL, etc.) bzw.Tabellenspeicher-Bauelement (z.B. ROM oder RAM), insbesondere umein SRAM oder DRAM.
    [0028] DasSpannungsregelsystem 1 weist eine Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung 12 (z.B. eineband-gap-Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung),eine Bufferschaltung 13, und einen oder mehrere Spannungsregler 14 (z.B.entsprechende down-converter) auf.
    [0029] Wieaus 2 hervorgeht, wird der Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung 12 – z.B. über entsprechendeLeitungen 15a, 15b, 16a, 17 – eine voneiner externen Spannungsversorgung für das Halbleiter-Bauelementbereitgestellte Versorgungsspannung zugeführt.
    [0030] DieVersorgungsspannung weist einen – relativ hohen, und ggf. relativstarken Schwankungen unterworfenen – Spannungspegel VDD auf.
    [0031] Beispielsweisekann die Höheder Versorgungsspannung zwischen 1,5 V und 2,5 V liegen, z.B. ca.zwischen 1,6 V und 2,0 V betragen (1,8 V ± 0,2 V).
    [0032] DieReferenzspannungs-Erzeugungseinrichtung 12 erzeugt ausder Versorgungsspannung – z.B. mittelseiner oder mehreren Dioden – eineinen konstanten Spannungspegel VBGR aufweisendes Signal.
    [0033] Dasden konstanten Spannungspegel VBGR aufweisende Signal wird – über eineentsprechende Leitung 18 – an die o.g. Bufferschaltung 13 weitergeleitet,dort entsprechend (zwischen-)gespeichert, und – in Form entsprechender, ebenfallseinen konstanten Spannungspegel VREF1 aufweisender Signale – weiterverteilt(z.B. – über eineLeitung 19a – anden o.g. Spannungsregler 14, und/oder – z.B. über entsprechende weitere,hier nicht dargestellte Leitungen – an weitere, auf dem Halbleiter-Bauelementvorgesehene Einrichtungen, z.B. weitere Spannungsregler, etc.).
    [0034] Zusätzlich kanndas von der Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung 12 erzeugte – einen konstantenSpannungspegel VBGR aufweisende – Signal zur Erzeugung eineseine konstante StromstärkeIREF aufweisenden, an einer Leitung 117 ausgegebenen Referenzsignalsverwendet werden.
    [0035] In 2 isteine schematische Detail-Darstellung einer im in 1 dargestelltenSpannungsregelsystem 1 verwendbaren Bufferschaltung 13 gezeigt.
    [0036] DieBufferschaltung 13 weist einen Differenzverstärker 20 miteinem Plus-Eingang 21a und einem Minus-Eingang 21b auf,und einen Feldeffekttransistor 22 (hier: ein p-Kanal-MOSFET).
    [0037] EinAusgang des Differenzverstärkers 20 ist über eineLeitung 23 mit einem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 22 verbunden.
    [0038] Wieweiter in 2 gezeigt ist, ist die Source desFeldeffekttransistors 22 über eine Leitung 16b (die – gemäß 1 – an dieo.g. Leitungen 16a, 17 angeschlossen ist) an die – den o.g.,relativ hohen Spannungspegel VDD aufweisende – Versorgungsspannung angeschlossen.
    [0039] Wieaus 2 hervorgeht, liegt am Minus-Eingang 21b desDifferenzverstärkers 20 das o.g., über dieLeitung 18 von der Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung 12 zugeführte, den o.g.,relativ konstanten Spannungspegel VBGR aufweisende Signal an.
    [0040] Dasam Drain des Feldeffekttransistors 22 ausgegebene, deno.g., relativ konstanten Spannungspegel VREF1 aufweisende Signalwird über eineLeitung 24, und eine mit dieser verbundene Leitung 25 anden Plus-Eingang 21a des Differenzverstärkers 20 rückgekoppelt,und – über diemit der Leitung 24 verbunden Leitung 19a – an deno.g. Spannungsregler 14 weiterverteilt (und/oder – z.B. über entsprechendeweitere, hier nicht dargestellte Leitungen – an die o.g. weiteren Spannungsregler,etc.).
    [0041] In 3 isteine schematische Detail-Darstellung eines im in 1 dargestelltenSpannungsregelsystem 1 verwendbaren Spannungsreglers 14 gezeigt.
    [0042] DerSpannungsregler 14 weist einen Differenzverstärker 28 miteinem Plus-Eingang 32 und einem Minus-Eingang 31,und einen Feldeffekttransistor 29 (hier: ein p-Kanal-MOSFET)auf.
    [0043] EinAusgang des Differenzverstärkers 28 ist über eineLeitung 29a mit einem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 29 verbunden.
    [0044] Wieweiter in 3 gezeigt ist, ist die Source desFeldeffekttransistors 29 über eine Leitung 19b (und – gemäß 1 – die daranangeschlossene Leitung 17) an die – den o.g., relativ hohen SpannungspegelVDD aufweisende – Versorgungsspannungangeschlossen.
    [0045] AmMinus-Eingang 32 des Differenzverstärkers 4 liegt – wie imfolgenden noch genauer erläutert wird – das über dieLeitung 19a, und eine mit dieser verbundenen Leitung 27 vonder Bufferschaltung 13 zugeführte, den o.g., relativ konstantenSpannungspegel VREF1 aufweisende (Referenz-)Signal an, sowie ggf.(wie z.B. auch aus 1 hervorgeht) zusätzlich einvon einer weiteren – zuro.g. Bufferschaltung 13 parallelgeschalteten – Komparatorschaltung 33 zurVerfügunggestelltes (weiteres) (Referenz-)Signal (welches – wie imfolgenden noch genauer erläutert wird – einenSpannungspegel VREF2 aufweist, und welches über eine Leitung 26,und die mit dieser verbundenen Leitung 27 von der Komparatorschaltung 33 anden Spannungsregler 14 weitergeleitet wird).
    [0046] Dieam Drain des Feldeffekttransistors 29 ausgegebene Spannung(VINT) wird bei einer ersten Ausgestaltung des Spannungsreglers 14 direktan den Differenzverstärker 28 rückgekoppelt;der Drain des Feldeffekttransistors 29 kann hierzu (direkt) über eineLeitung 19c (und eine mit dieser verbundenen, hier nichtdargestellten Leitung) mit dem Plus-Eingang 31 des Differenzverstärkers 28 verbundensein (die am Plus-Eingang 31 des Differenzverstärkers 28 anliegende, rückgekoppelteSpannung (VINT_FB) ist dann gleich groß, wie die Drain-Spannung (VINT)).
    [0047] Beieiner zweiten, alternativen Ausgestaltung wird demgegenüber dieam Drain des Feldeffekttransistors 29 ausgegebene Spannung(VINT) unter Zwischenschaltung eines Spannungsteilers (hier nichtdargestellt), d.h. auf heruntergeteilte Weise an den Differenzverstärker 28 rückgekoppelt. Hierzukann der Drain des Feldeffekttransistors 29 über dieLeitung 19c (und eine mit dieser verbundenen, hier nichtdargestellten Leitung) an einen ersten Widerstand R2 (nichtdargestellt) des Spannungsteilers angeschlossen sein, der zum einen(über einen weiterenSpannungsteiler-Widerstand R1 (ebenfalls nichtdargestellt)) mit dem Erdpotential, und zum anderen mit dem Plus-Eingang 31 desDifferenzverstärkers 28 verbundenist (die am Plus-Eingang 31 des Differenzverstärkers 28 anliegende,rückgekoppelte Spannung(VINT_FB) ist dann um einen bestimmten Faktor kleiner, als die Drain-Spannung(VINT)).
    [0048] DerDifferenzverstärker 28 regeltbei der o.g. ersten Ausgestaltung des Spannungsreglers 14 (mit direkterRückkopplungder Drain-Spannung (VINT)) die am Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 29 anliegendeSpannung so, dass die (rückgekoppelte) Drain-Spannung(VINT) gleich groß ist,wie die am Plus-Eingang 32 des Differenzverstärkers 28 anliegendeReferenzspannung (d.h. VREF1 (falls VREF1 größer ist, als VREF2), bzw. VREF2(falls VREF2 größer ist,als VREF1) (s.u.)).
    [0049] Demgegenüber wirdbei der oben erläuterten zweiten,alternativen Ausgestaltung des Spannungsreglers 14 – bei welcherdie Drain-Spannung (VINT) nicht direkt, sondern mittels des o.g.Spannungsteilers rückgekoppeltist – dieam Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 29 anliegendeSpannung vom Differenzverstärker 28 sogeregelt, dass gilt: VINT = VREF × (1 + (R2/R1))(Beziehungsweisegenauer, und wie im folgenden noch genauer erläutert wird: VINT = VREF1 × (1 + (R2/R1)), falls gilt:VREF1 > VREF2, bzw.VINT = VREF2 × (1+ (R2/R1)), fallsgilt: VREF2 > VREF1)
    [0050] Dieam Drain des Feldeffekttransistors 29 (d.h. vom Spannungsregler 14)an der Leitung 19c ausgegebene Spannung (VINT) stellt dieAusgangsspannung des Spannungsregelsystems 1 dar (mit derz.B. eine Vielzahl von auf dem Halbleiter-Chip vorgesehenen Bau-,insbesondere Schalt-Elementen, etc., z.B. Transistoren, etc. mitSpannung versorgt werden können).
    [0051] Durchdie o.g. Regelung wird erreicht, dass die Ausgangsspannung (VINT)des Spannungsregelsystems 1 – wie z.B. in 4 veranschaulichtist – im Gegensatzzu der Versorgungsspannung (VDD), die z.T. relativ starken Schwankungenunterworfen sein kann, eine konstante, vorgegebene, z.B. mittelsentsprechender Fuses bei entsprechenden Wafer-Test-, insbesondereWafer-Trimm-Verfahreneingestellte Größe VINTnomaufweist – z.B.1,5 V (jedoch nur dann, wenn – wieim folgenden noch genauer erläutertwird – dieo.g. Komparatorschaltung 33 nicht aktiviert ist (in 4 z.T.gestrichelt dargestellt), oder wenn – bei aktivierter Komparatorschaltung 33 – ein beientsprechenden an die interne Spannung VINT angeschlossenen – bzw. genauer:bei entsprechenden als Referenz-Transistoren verwendeten – TransistorentatsächlichfließenderSättigungsstrom(IDSAT) größer oderzumindest gleich groß ist,wie der eigentlich vorgesehene Nominal-Sättigungsstrom (IDSATnom), bzw.eine entsprechende Güte-Kenngröße (wieebenfalls im folgenden noch genauer erläutert wird)).
    [0052] BeiherkömmlichenSpannungsregelsystemen muß dieHöhe dervon den jeweiligen Spannungsreglern ausgegebenen internen Spannung VINTso niedrig fest voreingestellt sein (z.B. auf den o.g. Wert VINTnom),dass – unterBerücksichtigung ggf.auftretender Herstell-Ungenauigkeiten bzw. -Varianzen – unterallen Umständen(z.B. auch bei der kürzestenmöglicherweisegegebenen Gate-Länge deran die interne Spannung VINT angeschlossenen Transistoren) das Halbleiter-Bauelementverlässlich betriebenwerden kann.
    [0053] BeiherkömmlichenSpannungsregelsystemen ist deshalb bei – beispielsweise – größeren (tatsächlichen)Gate-Längen(und damit ggf. einhergehenden niedrigen Sättigungsströmen), etc. die auf die o.g.Weise gewählteinterne Spannung VINT ggf. geringer, als sie eigentlich sein könnte, waszu Performance-Einbußen führt.
    [0054] Demgegenüber wirdbei dem in 1 gezeigten Spannungsregelsystem 1 dann,wenn die Leistungsfähigkeitder an die interne Spannung VINT angeschlossenen Bauelemente, insbesondereTransistoren (z.B. aufgrund von entsprechend großen Gate-Längen, entsprechend hohen Schwellwert-Spannungen, etc. – und damiteinhergehenden niedrigen Sättigungsströmen IDSAT(bzw. einer niedrigen diese kennzeichnende Güte-Kenngröße IDSAT) – ) bei einer internen SpannungVINT von (lediglich) der o.g. HöheVINTnom niedriger ist, als sie sein könnte, von dem Spannungsregelsystem 1 eine interneSpannung VINT erzeugt, die entsprechend höher ist, als die – eigentlichvorgesehene – Spannungshöhe VINTnomder internen Spannung.
    [0055] Obdie Leistungsfähigkeitder an die interne Spannung VINT angeschlossenen Transistoren (z.B. aufgrundvon entsprechend großenGate-Längen, entsprechendhohen Schwellwert-Spannungen,etc. – unddamit einhergehenden niedrigen Sättigungsströmen IDSAT(insbesondere einem Sättigungsstrom(IDSAT), der kleiner ist, als der Nominal-Sättigungsstrom (IDSATnom) – )) beieiner internen Spannung VINT von (lediglich) der o.g. Höhe VINTnom niedrigerist, als sie sein könnte(und ob dementsprechend die – tatsächlich verwendete – interneSpannung VINT erhöhtwerden sollte (z.B. von VINTnom auf VINT', vgl. 4)), wirdbeim vorliegenden Ausführungsbeispielvon einer – dieo.g. Komparatorschaltung 33, eine Herstell- Prozess-Monitor-Schaltung 34,und eine Schwellwert-Subtraktions-Schaltung 35 aufweisenden – Spannungs-Erhöhungs-Ermittlungsschaltung 36 ermittelt.
    [0056] Wird – wie imfolgenden noch genauer erläutertwird – vonder Spannungs-Erhöhungs-Ermittlungsschaltung 36 ermittelt,dass die Leistungsfähigkeitder an die interne Spannung VINT angeschlossenen Transistoren (z.B.aufgrund von entsprechend großenGate-Längen,etc.) bei einer internen Spannung VINT von (lediglich) der o.g.Höhe VINTnom niedrigerist, als sie sein könnte,wird von der o.g. Komparatorschaltung 33 der Spannungs-Erhöhungs-Ermittlungsschaltung 36 ander o.g. Leitung 26 ein Signal VREF2 ausgegeben, welcheseinen höherenSpannungspegel aufweist, als das von der Bufferschaltung 13 ander Leitung 19a ausgegebene Signal VREF1.
    [0057] DieHöhe dervon dem Spannungsregler 14 ausgegebenen Spannung VINT wirddann – wiebereits oben angedeutet – entsprechenderhöht(und zwar z.B. – wieebenfalls bereits oben angedeutet – von z.B. VINT = VINTnom =VREF1 auf VINT = VREF2 (bzw. von VINT = VINTnom = VREF1 × (1 + (R2/R1)) auf VINT =VREF2 × (1+ (R2/R1)).
    [0058] Dadurchwird die Leistungsfähigkeitder an die interne Spannung VINT angeschlossenen Transistoren – bei weitersichergestelltem, verlässlichem Betriebdes Halbleiter-Bauelements – entsprechend erhöht.
    [0059] ZurBeurteilung der Leistungsfähigkeitder an die interne Spannung VINT angeschlossenen Transistoren (unddamit zur Beantwortung der Frage, ob ggf. die Spannung VINT erhöht werdenkann) wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Güte-Kennzahlbzw. -Kenngröße (IDSAT)verwendet, die gebildet wird aus der Summe aus dem (einfachen) Betragdes Sättigungsstromseines entsprechenden (Referenz-) n-Kanal-Feldeffekttransistors (IDSAT(n)), unddem doppelten Betrag des Sättigungsstromseines entsprechenden (Referenz-) p-Kanal-Feldeffekttransistors (IDSAT(p)),d.h. eine Sättigungsstrom-Güte-Kenngröße IDSAT,die wie folgt ermittelt wird: IDSAT = IDSAT(n)+ 2 × IDSAT(p)(Vgl.auch die weiter unten im Detail beschriebene Prozess-Monitor-Schaltung 34).
    [0060] DerFaktor „2" für den p-Kanal-Feldeffekttransistorrührt daher,dass der von p-Kanal-Feldeffekttransistoren getriebene Sättigungsstrom(höchstens)halb so groß ist,wie der von n-Kanal-Feldeffekttransistorengetriebene Sättigungsstrom.
    [0061] In 5 isteine schematische Detail-Darstellung der o.g. Schwellwert-Subtraktions-Schaltung 35 gezeigt.
    [0062] Dieseweist einen n-Kanal-Feldeffekttransistor 118 auf, sowieeinen hochohmigen Widerstand 119 (oder alternativ z.B.einen entsprechend in einem hochohmigen Zustand befindlichen Transistor).
    [0063] Wieaus 5 hervorgeht, ist der Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 118 – über eineLeitung 111 – andie o.g. (vom Spannungsregler 14 bereitgestellte) interneSpannung VINT angeschlossen.
    [0064] DasGate des n-Kanal-Feldeffekttransistors 118 ist – über eineLeitung 112 – andie Leitung 111 angeschlossen, d.h. – ebenfalls – an dieo.g. interne Spannung VINT (und an den Drain des Feldeffekttransistors 118).
    [0065] DieSource des n-Kanal-Feldeffekttransistors 118 ist – über eineLeitung 113 – anden hochohmigen Widerstand 119 angeschlossen, der – über eineLeitung 114 – mitdem Erdpotential (Ground) verbunden ist.
    [0066] Zusätzlich hierzuist die Source des n-Kanal-Feldeffekttransistors 118 – über eineLeitung 115 – (undwie auch aus 1 hervorgeht) an den Plus-Eingangder Komparatorschaltung 33 angeschlossen.
    [0067] Beider Schwellwert-Subtraktions-Schaltung 35 wird – mit Hilfedes Feldeffekttransistors 118, und des hochohmigen Widerstands 119 – der Pegeldes an der Source des Feldeffekttransistors 118 ausgegebenen – und über dieLeitung 115 an den Plus-Eingang der Komparatorschaltung 33 weitergeleiteten – SignalsVINT_MINUS_VTH auf einer Höhegehalten, die ungefährum die Höheder Schwellwertspannung VHT des Feldeffekttransistors 118 unterhalbdes Pegels der o.g, internen Spannung VINT liegt.
    [0068] In 6 isteine schematische Detail-Darstellung der im in 1 dargestelltenSpannungsregelsystem 1 verwendeten Prozess-Monitor-Schaltung 34 gezeigt.
    [0069] Dieseweist drei n-Kanal-Feldeffekttransistoren 121, 122,123, und einen p-Kanal-Feldeffekttransistor 124 auf (mitdenen – stellvertretend – die tatsächlichenphysikalischen Eigenschaften der an die interne Spannung VINT angeschlossenen Schalt-Elemente,insbesondere Transistoren simuliert werden sollen), sowie eine Konstantstromquelle 125.
    [0070] MitHilfe der Konstantstromquelle 125 wird – z.B. aus dem von der Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung 12 erzeugten,an der Leitung 117 ausgegebenen – Konstantstrom der Stärke IREFein Konstantstrom der StärkeIREFSAT erzeugt, welche gleich groß ist, wie die Stärke deso.g. – für die auf demHalbleiter-Bauelement vorgesehenen Transistoren eigentlich (im Idealfall)vorgesehenen – Nominal-Sättigungsstroms(IDSATnom).
    [0071] Wieaus 6 ersichtlich ist, sind die Sourcen des ersten,zweiten und dritten n-Kanal-Feldeffekttransistors 121, 122, 123 – über entsprechende Leitungen 126, 127, 128 – mit demErdpotential (Ground) verbunden.
    [0072] DasGate des ersten n-Kanal-Feldeffekttransistors 121 ist – über eineLeitung 129 – andie o.g. (vom Spannungsregler 14 bereitgestellte) interne SpannungVINT angeschlossen.
    [0073] DieGates des zweiten und dritten n-Kanal-Feldeffekttransistors 122, 123 sind – über eine Leitung 130 – miteinanderverbunden, und übereine mit dieser verbundenen Leitung 131 an den Drain desdritten n-Kanal-Feldeffekttransistors 123 angeschlossen.
    [0074] Wieaus 6 weiter hervorgeht, ist der Drain des p-Kanal-Feldeffekttransistors 124 über eineLeitung 132 mit dem Drain des dritten n-Kanal-Feldeffekttransistors 123 verbunden,und über die – mit derLeitung 132 verbundenen – Leitungen 131, 130 mitden Gates des zweiten und dritten n-Kanal-Feldeffekttransistors 122, 123.
    [0075] Desweiteren ist das Gate des p-Kanal-Feldeffekttransistors 124 über eineLeitung 133 an das Erdpotential (Ground) angeschlossen.
    [0076] DieSource des p-Kanal-Feldeffekttransistors 124 ist – über eineLeitung 134 – andie o.g. (vom Spannungsregler 14 bereitgestellte) interneSpannung VINT angeschlossen.
    [0077] DieDrains des ersten und zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors 121, 122 sind über eineLeitung 135 miteinander verbunden, sowie – über eine Leitung 136 – an dieo.g. – deno.g. Konstantstrom der StärkeIREFSAT durch die n- Kanal-Feldeffekttransistoren 121, 122 zwingende – Konstantstromquelle 125 angeschlossen.
    [0078] Zusätzlich sinddie Drains des ersten und zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors 121, 122 – über dieo.g. Leitung 135, und eine mit dieser verbundenen Leitung 120 – (und wieauch aus 1 hervorgeht) an den Minus-Eingangder Komparatorschaltung 33 angeschlossen (so dass ein anden Drains des ersten und zweiten n-Kanal-Feldeffekttransistors 121, 122 ausgegebenesSignal VREFSUM an den Minus-Eingang der Komparatorschaltung 33 weitergeleitetwird).
    [0079] Wieaus 1 hervorgeht, kann die o.g. Komparatorschaltung 33 (unddamit die gesamte – zusätzlich zurKomparatorschaltung 33 die o.g. Prozess-Monitor-Schaltung 34,und die o.g. Schwellwert-Subtraktions-Schaltung 35 aufweisendeSpannungs-Erhöhungs-Ermittlungsschaltung 36)mittels eines entsprechenden, übereine Leitung 135 der Komparatorschaltung 33 zugeführten Signals(ENABLE-Signal) aktiviert, und deaktiviert werden.
    [0080] Vorteilhaftwird die Komparatorschaltung 33 (und damit die gesamteSpannungs-Erhöhungs-Ermittlungsschaltung 36)zunächst – zumindestwährendder o.g. Test-Verfahren, insbesondere des o.g. Wafer-Trimm-Verfahrens – in einemdeaktivierten Zustand belassen, und erst später – insbesondere z.B. beim eigentlichenArbeits-Betrieb des Halbleiter-Bauelements – aktiviert.
    [0081] Dern-Kanal-Feldeffekttransistor 121, und der p-Kanal-Feldeffekttransistor 124 (diejeweils als „Referenz-Transistoren" verwendet werden)weisen jeweils eine Gate-Länge auf,die einer nominalen – auchbei den übrigenTransistoren des Halbleiter-Bauelements vorgesehenen – Gate-Länge entspricht (wobei – wie obenerläutert – aufgrundvon Herstell-Ungenauigkeiten bzw. -Varianzen die tatsächlicheGate-Längeder Transistoren 121, 124 (und entsprechend auch der übrigen Transistoren) nachunten oder oben hin von der nominalen Gate-Länge abweichen kann).
    [0082] DieWeite w des n-Kanal-Feldeffekttransistor 121 ist (entsprechendder o.g. Formel fürdie Sättigungsstrom-Güte-Kenngröße IDSAT(IDSAT = IDSAT(n) + 2 × IDSAT(p))so gewählt,dass sie halb so groß ist,wie die Weite 2W des p-Kanal-Feldeffekttransistors 124.
    [0083] Durchdas – gemäß 1 – von derKomparatorschaltung 33 ausgegebene, den o.g. SpannungspegelVREF2 aufweisende Signal wird der Spannungsregler 14 soeingestellt, dass er eine interne Spannung VINT zur Verfügung stellt,die so groß ist,dass sichergestellt ist, dass die – in 6 gezeigten – (Referenz-)Transistoren(d.h. der n-Kanal-Feldeffekttransistor 121,und der p-Kanal-Feldeffekttransistor 124)im Sättigungsbereichbetrieben werden (und damit auch die übrigen, auf dem Halbleiter-Bauelement vorgesehenenTransistoren).
    [0084] Dadurch,dass sichergestellt ist, dass die entsprechenden Transistoren jeweilsim Sättigungsbereichbetrieben werden, kann – insbesondere dann,wenn die Gate-Längenund/oder Schwellwert-Spannungen der entsprechenden Transistoren unterden (eigentlich vorgesehenen) Nominalwerten liegen, gegenüber demStand der Technik eine ggf. deutlich erhöhte Performance erzielt werden.
    [0085] Wieaus 6 hervorgeht, fließt durch den n-Kanal-Feldeffekttransistor 121 (unddamit überdie mit dem Erdpotential verbundene Leitung 126), solangeder Pegel der am Drain des n-Kanal-Feldeffekttransistors 121 anliegendenSpannung VREFSUM größer alsder Pegel der internen Spannung VINT, abzüglich der SchwellwertspannungVTH ist – d.h. größer alsVINT – VTH(was durch die o.g. Schwellwert-Subtraktions-Schaltung 35, und die Komparatorschaltung 33 ermitteltwird, und was durch gegebenenfalls vorgenommenes Gegensteuern (durch Änderungder internen Spannung VINT) entsprechend sichergestellt wird), dero.g. Sättigungsstrom IDSAT(n).
    [0086] Dern-Kanal-Feldeffekttransistor 123 ist so dimensioniert,dass der p-Kanal-Feldeffekttransistors 124 – ebenfalls – im Sättigungsstrombereichbetrieben wird.
    [0087] Derdurch den p-Kanal-Feldeffekttransistor 124 fließende SättigungsstromIDSAT(p) wird über denn-Kanal-Feldeffekttransistor 122,und die Leitung 127 zum Erdpotential (GND) abgeleitet.
    [0088] Da – wie obenerläutertwurde – dieWeite w des n-Kanal-Feldeffekttransistor 121 halbso groß ist, wiedie Weite 2W des p-Kanal-Feldeffekttransistors 124,entspricht der – insgesamtdurch den n-Kanal-Feldeffekttransistor 121, und den p-Kanal-Feldeffekttransistors 124 (d.h.die Leitungen 126, und 127) fließende – Stromdann dem o.g. Güte-Kenngrößen-Sättigungsstrom IDSAT = IDSAT(n)+ 2 × IDSAT(p).
    [0089] Wiebereits oben erläutert,erzwingt die o.g. Konstantstromquelle 125 – durchdie mit den Transistoren 121, 122 verbundene Leitung 136 – einen Stromfluß in Höhe des Nominal-Sättigungsstroms (IDSATnom).
    [0090] Deswegenliegt – jenachdem, ob der durch die Transistoren 121, 124 insgesamtfließendeStrom IDSAT(actual) unter oder überder Größe des o.g. Güte-Kenngrößen-StromsIDSAT liegt – dieHöhe der amDrain des n-Kanal-Feldeffekttransistor 121 anliegendenSpannung VREFSUM überoder unterhalb des Pegels der internen Spannung VINT, abzüglich demPegel VTH der Schwellwertspannung.
    [0091] Mitanderen Worten kann durch den – von derKomparatorschaltung 33 durchgeführten – Vergleich der Höhe des Pegelsder an der Leitung 1205 anliegenden Spannung VREFSUM, unddes Pegels der an der Leitung 115 anliegenden SpannungVINT MINUS VTH ermittelt werden, ob die Leistungsfähigkeitder an die interne Spannung VINT angeschlossenen Transistoren entsprechendausreichend hoch ist, oder – durchErhöhender internen Spannung VINT – erhöht werdenkann.
    [0092] Indiesem Fall wird – wiebereits oben erläutertwurde – vonder Komparatorschaltung 33 an der Leitung 26 einSignal VREF2 an die Spannungs-Erhöhungs-Ermittlungsschaltung 36 ausgegeben,welches einen höherenSpannungspegel aufweist, als das von der Bufferschaltung 13 ander Leitung 19a ausgegebene Signal VREF1.
    [0093] DieHöhe dervon dem Spannungsregler 14 ausgegebenen Spannung VINT wirddann – wiebereits oben erläutert – entsprechenderhöht(und zwar z.B. – wieebenfalls bereits erläutert – von z.B.VINT = VINTnom = VREF1 auf VINT = VREF2 (bzw. von VINT = VINTnom= VREF1 × (1+ (R2/R1)) auf VINT= VREF2 × (1+ (R2/R1)).
    1 Spannungsregelsystem 12 Referenzsspannungs-Erzeugungseinrichtung 13 Bufferschaltung 14 Spannungsregler 15a Leitung 15b Leitung 16a Leitung 16b Leitung 17 Leitung 18 Leitung 19a Leitung 19b Leitung 19c Leitung 20 Differenzverstärker 21a Plus-Eingang 21b Plus-Eingang 22 Feldeffekttransistor 23 Leitung 25 Leitung 24 Leitung 26 Leitung 27 Leitung 28 Differenzverstärker 29 Feldeffekttransistor 29a Leitung 31 Minus-Eingang 32 Plus-Eingang 33 Komparatorschaltung 34 Prozess-Monitor-Schaltung 35 Schwellwert-Subtraktions-Schaltung 36 Spannungs-Erhöhungs-Ermittlungsschaltung 111 Leitung 112 Leitung 113 Leitung 114 Leitung 115 Leitung 117 Leitung 118 n-Kanal-Feldeffekttransistor 119 Widerstand 120 Leitung 121 Feldeffekttransistor 122 Feldeffekttransistor 123 Feldeffekttransistor 124 Feldeffekttransistor 125 Konstantstromquelle 126 Leitung 127 Leitung 128 Leitung 129 Leitung 130 Leitung 131 Leitung 132 Leitung 133 Leitung 134 Leitung 135 Leitung
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Spannungsregelsystem (1), mit welchemeine an einem Eingang (17) des Spannungsregelsystems (1)anliegende erste Spannung (VDD) in eine zweite, im wesentlichenkonstante Spannung (VINT) umgewandelt wird, welche an einem Ausgang(19c) des Spannungsregelsystems (1) abgegriffenwerden kann, dadurch gekennzeichnet, daß beidem Spannungsregelsystem(1) zusätzlicheine Einrichtung (34, 35, 36) vorgesehenist zum Abschätzender Leistungsfähigkeitvon an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelementen.
    [2] Spannungsregelsystem (1) nach Anspruch 1, welchezusätzlicheine Einrichtung (36, 33) aufweist zum Erhöhen derzweiten Spannung (VINT), wenn abgeschätzt wird, dass die Leistungsfähigkeitder an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelemente unter einendie abgeschätzteLeistungsfähigkeitkennzeichnenden Schwellwert (IDSATnom) absinkt.
    [3] Spannungsregelsystem (1) nach Anspruch 1 oder2, mit einer Spannungs-Erzeugungs-Einrichtung (12, 13)zum Erzeugen einer im wesentlichen konstanten Spannung (VBGR, VREF1)aus der ersten Spannung (VDD), oder einer hieraus abgeleiteten Spannung.
    [4] Spannungsregelsystem (1) nach Anspruch 3, beiwelchem durch die Spannungs-Erhöhungs-Einrichtung(36, 33) eine Spannung (VREF2) erzeugt wird, diehöher ist,als die von der Spannungs-Erzeugungs-Einrichtung (12, 13)erzeugte, konstante Spannung (VBGR, VREF1), wenn abgeschätzt wird, dassdie Leistungsfähigkeitder an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelemente unter dendie abgeschätzteLeistungsfähigkeitkennzeichnenden Schwellwert (IDSATnom) absinkt.
    [5] Spannungsregelsystem (1) nach einem der Ansprüche 3 oder4, bei welchem die von der Spannungs-Erzeugungs-Einrichtung (12)erzeugte Spannung (VBGR), oder eine hieraus gewonnene Spannung (VREF1),und die von der Spannungs-Erhöhungs-Einrichtung (36, 33)erzeugte Spannung, oder eine hieraus gewonnene Spannung (VREF2)zum Ansteuern einer Spannungs-Regelungs-Schaltungsanordnung(14) verwendet werden, insbesondere als Referenzspannung(VREF1, VREF2) fürdie Spannungs-Regelungs-Schaltungsanordnung (14).
    [6] Spannungsregelsystem (1) nach einem der vorhergehendenAnsprüche,bei welchem zusätzlich eineEinrichtung (135) vorgesehen ist zum Aktivieren und/oderDeaktivieren der Einrichtung (34, 35, 36) zumAbschätzender Leistungsfähigkeit,und/oder der Spannungs-Erhöhungs-Einrichtung (36, 33).
    [7] Spannungsregelsystem (1) nach Anspruch 6, beiwelchem – imaktivierten Zustand der Einrichtung (34, 35, 36)zum Abschätzender Leistungsfähigkeit, und/oderder Spannungs-Erhöhungs-Einrichtung (36, 33) – die Höhe des Pegelsder fürdie Spannungs-Regelungs-Schaltungsanordnung (14) verwendetenReferenzspannung (VREF1, VREF2) von derjenigen der von der Spannungs-Erzeugungs-Einrichtung(12, 13) und der Spannungs-Erhöhungs-Einrichtung(36, 33) erzeugten Spannungen (VBGR), oder derhieraus gewonnenen Spannungen (VREF1, VREF2) bestimmt wird, dieeinen höherenPegel aufweist.
    [8] Spannungsregelverfahren, wobei eine erste Spannung(VDD) in eine zweite, im wesentlichen konstante Spannung (VINT)umgewandelt wird, insbesondere in eine zweite Spannung (VINT), welche einenniedrigeren Spannungspegel aufweist, als die erste Spannung (VDD),dadurch gekennzeichnet, daß dasVerfahren außerdemden Schritt aufweist: Abschätzender Leistungsfähigkeitvon an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelementen.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, welches außerdem denSchritt aufweist: Erhöhender zweiten Spannung (VINT), wenn abgeschätzt wird, dass die Leistungsfähigkeitder an die zweite Spannung (VINT) anzuschließenden Bauelemente unter einendie abgeschätzteLeistungsfähigkeitkennzeichnenden Schwellwert (IDSATnom) absinkt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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