DE19540893C2

DE19540893C2 - Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE19540893C2
Application number: DE19540893A
Authority: DE
Inventors: Jeung Won Suh; Chang Ho Jung
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2015-11-03
Also published as: GB2294834B; GB9522515D0; GB2294834A; DE19540893A1; US5686825A; KR0143344B1; KR960019289A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Re ferenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeicher vorrichtung.

Im allgemeinen muß ein Eingabesignal an der Eingabestufe einer Halbleiterspeichervorrichtung für Lese- /Schreiboperationen der Information in der Halbleiterspei chervorrichtung erkannt werden. Zu diesem Zweck wird das Ein gabesignal mit einer Referenzspannung verglichen. Wenn der Spannungspegel des Eingabesignals höher ist als der der Refe renzspannung, wird die Information als 1 oder mit hohem logi schen Pegel erkannt. Wenn im Gegensatz dazu der Spannungspe gel des Eingabesignals niedriger ist als der der Referenz spannung, wird die Information als 0 oder mit logisch niedri gem Pegel erkannt. Es wird eine Referenzspannungserzeugungs schaltung genutzt, um so eine Referenzspannung zu erzeugen. Die Referenzspannungserzeugungsschaltung ist üblicherweise mit einem Referenzspannungsgenerator zur Erzeugung einer an fänglichen Referenzspannung und einem Spannungsverstärker zur Verstärkung der anfänglichen Referenzspannung des Referenz spannungsgenerators auf einem vorbestimmten Pegel versehen. Ein solcher konventioneller Spannungsverstärker wird nachfol gend mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.

Bezieht man sich auf Fig. 1, so ist dort ein Schaltungs diagramm eines konventionellen Spannungsverstärkers gezeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, umfaßt der konventionel le Spannungsverstärker einen PMOS Transistor Q1, der zwischen eine Versorgungsspannungsquelle Vdd und einen Knoten N2 ge schaltet ist, einen PMOS Transistor Q2, der zwischen die Ver sorgungsspannungsquelle Vdd und einen Knoten N3 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q3, der zwischen den Knoten N2 und einem Knoten N4 geschaltet ist, und einen MMOS Transistor Q4, der zwischen die Knoten N3 und N4 geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q1 und Q2 sind gemeinsam mit dem Knoten N2 verbunden. Die PMOS Transistoren Q1 und Q2 dienen als Be lastungswiderstände für die NMOS Transistoren Q3 beziehungs weise Q4. Das Gate des NMOS Transistors Q3 ist mit einem Kno ten N1 verbunden, welcher mit einer Referenzspannungsquelle Vr verbunden ist. In Erwiderung auf eine Referenzspannung Vr des Knotens N1 steuert der NMOS Transistor Q3 die Menge des Stromes, der vom Knoten N2 zum Knoten N4 fließt. Das Gate des MMOS Transistors Q4 ist mit einem Knoten N6 verbunden. In Er widerung auf eine Spannung am Knoten N6 steuert der NMOS Transistor Q4 die Menge des Stromes, der vom Knoten N3 zum Knoten N4 fließt. Die Ströme, die von den Knoten N2 und N3 zum Knoten N4 fließen, haben verschiedene Werte in Abhängig keit von den Pegeln der Referenzspannung Vr und der Spannung an den Knoten N1 und N6, die an die Gates der MMOS Transisto ren Q3 beziehungsweise Q4 gelegt wird. Beispielsweise ist, wenn die Spannung am Knoten N6 höher ist als die Referenz spannung Vr am Knoten N1, eine Spannung am Knoten N2 höher als die am Knoten N3. Im Gegensatz dazu ist, wenn die Span nung am Knoten N6 kleiner ist als die Referenzspannung Vr am Knoten N1, die Spannung am Knoten N2 kleiner als die am Kno ten N3. Die Spannungen an den Konten N2 und N3 haben ein Pe gelverhältnis in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Referenzspannung Vr und der Spannung an den Knoten N1 und N6.

Der konventionelle Spannungsverstärker umfaßt ferner ei nen NMOS Transistor Q5, der zwischen den Knoten N4 und eine Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des NMOS- Transistors Q5 ist mit dem Knoten N1 verbunden. In Erwiderung auf die Referenzspannung Vr vom Knoten N1 hält der NMOS Tran sistor Q5 die Gesamtmenge des Stromes, der durch die NMOS Transistoren Q3 und Q4 fließt, konstant. Im Ergebnis funktio niert der NMOS Transistor Q5 als Konstantstromquelle. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q1 und Q2 und die NMOS Transistoren Q3-Q5 einen Differentialverstärker.

Der konventionelle Spannungsverstärker umfaßt ferner ei nen PMOS Transistor Q6, der zwischen die Versorgungsspan nungsquelle Vdd und einen Knoten N5 geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q6 ist mit dem Knoten N2 verbunden. In Erwiderung auf die Spannung am Knoten N2, steuert der PMOS Transitor Q6 die Menge des Stromes, der von der Versorgungs spannungsquelle zum Knoten NS fließt.

Der konventionelle Spannungsverstärker umfaßt ferner ei nen PMOS Transistor Q7, der zwischen die Knoten N5 und N6 ge schaltet ist, und einen NMOS Transistor Q8, der zwischen den Knoten N6 und eine Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Der PMOS Transitor Q7 dient als ein Widerstand und der NMOS Tran sistor Q8 funktioniert als variabler Widerstand. Das Gate des PMOS Transitors Q7 ist mit dem Knoten N6 verbunden. In Erwi derung auf die Spannung am Knoten N6 überträgt der PMOS Tran sistor Q7 eine Spannung am Knoten N5 zum Knoten N6. Die Menge des Stromes, der durch den PMOS Transistor Q7 zum Knoten N6 fließt ist proportional zum Pegel der Referenzspannung Vr am Knoten N1. Die Menge des Stroms, der zum PMOS Transistor Q7 fließt ist nämlich bestimmt basierend auf der Referenzspan nung Vr am Knoten N1. Das Gate des NMOS Transistors Q8 ist mit dem Knoten N1 verbunden. Da der NMOS Transistor Q8 durch die Referenzspannung Vr gesteuert ist, wird sein Widerstand variiert, wenn die Referenzspannung Vr variiert gemäß einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung Vdd. Die Variation des Widerstandes des NMOS Transistors Q8 ergibt eine Instabilität der verstärkten Referenzspannung Vref am Knoten N5.

Eine Spannungsverstärkung, die den Verstärkungsgrad des Spannungsverstärkers anzeigt, kann durch die folgende Glei chung ausgedrückt werden:

Vref = Vr (1 + R_P/R_N),

wobei R_P ein Kanalwiderstand des PMOS Transitors Q7 und R_N ein Kanalwiderstand des NMOS Transistors Q8 ist.

Im allgemeinen kann die anfängliche Referenzspannung Vr kleine Variationen aufweisen durch Variationen der Temperatur oder der Versorgungsspannung Vdd. Da solche Variationen der anfänglichen Referenzspannung Vr direkt an den Spannungsver stärker weitergegeben werden, so ist die dadurch verstärkte Referenzspannung Vref gegenüber den Variationen der Tempera tur und der Versorgungsspannung Vdd nicht stabil.

Bezieht man sich auf Fig. 2, so ist dort ein Schaltungs diagramm eines anderen konventionellen Spannungsverstärkers gezeigt, der eine Temperaturkompensationsfunktion aufweist. Die Konstruktion dieser Zeichnung ist im wesentlichen die gleiche wie die der Fig. 1, mit der Ausnahme, daß ein Wider stand Rp1 zwischen einen Knoten N12 und einer Erdspannungs quelle Vss anstelle des NMOS Transistors Q8 in Fig. 1 ge schaltet ist, und daß die Gates der Transistoren Q9 und Q10 mit einem Knoten N9 verbunden sind.

Im konventionellen Spannungsverstärker der Fig. 2 werden die Referenzspannung Vr und der Widerstand Rp1 verwendet, um eine Variation der Temperatur zu kompensieren. Der Widerstand Rp1 kann ein Polysiliciumwiderstand sein. Die Referenzspan nung Vr hat einen Spannungspegel, der in Abhängigkeit von der Variation der Temperatur variiert. Der Polysiliciumwiderstand Rp1 hat eine Temperaturcharakteristik derart, daß sein Wider standswert zunimmt, wenn die Temperatur zunimmt. Somit wird die verstärkte Referenzspannung Vref gegenüber einer Varia tion der Temperatur konstant gehalten. Es wird jedoch ein Po lysiliciumwiderstand benötigt, der einen Wert von mehreren Hundert KΩ aufweist. Deswegen bedeckt der Polysiliciumwider stand ein beträchtliches Gebiet der Halbleitervorrichtung.

Aus dem Artikel IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 27, No. 6, Juni 1992, Seiten 920-926, ist ein Referenzspannungsgenerator bekannt, der über seine beiden Eingänge von einer Stromquelle gespeist wird. Dabei zeichnen sich die von der Stromquelle zugeführten Ströme durch nur sehr geringe Abhängigkeiten von Temperatur und Versorgungsspannung aus.

Die vorliegende Erfindung wurde deswegen im Hinblick auf obiges Problem gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorlie genden Erfindung, eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspeichervorrichtung zu schaffen, die eine Referenzspannung erzeugen kann, deren Pegel immer konstant ist, unabhängig von einer Variation der Versorgungsspannung oder der Temperatur.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halbleiterspei chervorrichtung zur Verfügung gestellt, die
eine Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von er sten und zweiten Referenzspannungen, wobei die ersten und zweiten Referenzspannungen entgegengesetzte Antwortcharakte ristika aufweisen bezüglich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung;
eine Startvorrichtung zur Be stimmung eines anfänglichen Zustandes der Referenzspannungs erzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspan nung, um den Betrieb der Referenzspannungserzeugungsvor richtung zu stabilisieren;
und eine Spannungsverstärkungs vorrichtung zur Kompensation einer Zielreferenzspannung ge genüber der Variation der Temperatur oder der Versorgungs spannung in Erwiderung auf die ersten und zweiten Referenz spannungen von der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung, so daß die Zielreferenzspannung immer einen konstanten Pegel aufweist,
umfaßt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halb leiterspeichervorrichtung angegeben, die
eine erste Referenz spannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer ersten Re ferenzspannung, wobei die erste Referenzspannung ei ne positive Antwortcharakteristik bezüglich der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweist;
eine erste Startvor richtung zur Bestimmung eines anfänglichen Zustandes der er sten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der ersten Referenz spannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren;
eine zweite Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Referenzspannung, wobei die zweite Referenzspannung eine negative Antwortcharakteristik bezüglich der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweist;
eine zweite Startvor richtung zur Bestimmung des anfänglichen Zustandes der zwei ten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der zweiten Referenz spannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren;
und eine Spannungsverstärkervorrichtung für die Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung in Erwiderung auf die ersten und zweiten Referenzspannungen von den ersten und zweiten Refe renzspannungserzeugungsvorrichtungen, so daß die Zielrefe renzspannung immer einen konstanten Pegel aufweist,
umfaßt.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines konventionellen Spannungsverstärkers;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines anderen konventio nellen Spannungsverstärkers, der eine Kompensationsfunk tion gegenüber einer Variation der Temperatur aufweist;

Fig. 3 ein Blockdiagramm, das das Prinzip einer Re ferenzspannungserzeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Er findung zeigt;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm einer Referenzspannungser zeugungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm einer Referenzspannungser zeugungsschaltung einer alternativen Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 6A bis 6C Kurven, die Variationen der Refe renzspannungen in Abhängigkeit von Temperaturvariationen ge mäß der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 7A bis 7C Kurven, die Variationen der Refe renzspannungen in Abhängigkeit einer Variation der Versor gungsspannung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 8A bis 8D und 9A bis 9B Schaltungsdiagramme, die alternative Ausführungsformen eines Referenzspannungsge nerators der Fig. 4 und 5 zeigt; und

Fig. 10 eine Tabelle, die simulierte Daten der Refe renzspannungserzeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Er findung zeigt.

Bezieht man sich auf Fig. 3, so ist dort ein Blockdia gramm gezeigt, das die Prinzipien einer Referenzspannungser zeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, umfaßt die Referenzspan nungserzeugungsschaltung einen Referenzspannungsgenerator 110 zur Erzeugung einer Referenzspannung Vrp, einen Referenzspan nungsgenerator 120 zur Erzeugung einer Referenzspannung Vrm, und einen Spannungsverstärker 100 für die Kompensation einer Referenzspannung Vref gegenüber einer Variation der Versor gungsspannung Vdd oder der Temperatur in Erwiderung auf die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgene ratoren 110 und 120, so daß die Referenzspannung Vref immer einen konstanten Pegel aufweist. Die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgeneratoren 110 und 120 ha ben entgegengesetzte Antwortcharakteristika bezüglich der Va riation der Spannungsversorgung Vdd oder der Temperatur.

Bezieht man sich auf Fig. 4, so ist dort ein Schaltungs diagramm einer Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß ei ner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in dieser Zeichnung dargestellt ist, umfaßt die Referenzspan nungserzeugungsschaltung eine Startschaltung 101 zur Festle gung eines Anfangszustandes eines Referenzspannungsgenerators 102 nach dem Einschalten, um den Betrieb des Referenzspan nungsgenerators 102 zu stabilisieren. Der Referenzspannungs generator 102 ist so ausgeführt, daß er zwei Referenzspannun gen Vrp und Vrm in Erwiderung auf ein Ausgangssignal von der Startschaltung 101 liefert. Die zwei Referenzspannungen Vrp und Vrm des Referenzspannungsgenerators 102 haben entgegenge setzte Antwortcharakteristika im Hinblick auf eine Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur.

Die Referenzspannungserzeugungsschaltung umfaßt ferner einen Spannungsverstärker 103 für die Kompensation der Refe renzspannung Vref gegenüber einer Variation in der Versor gungsspannung Vdd oder der Temperatur in Erwiderung auf die Referenzspannungen Vrp und Vrm vom Referenzspannungsgenera tor 102, so daß die Referenzspannung Vref immer auf konstan tem Pegel gehalten werden kann.

Die Startschaltung 101 umfaßt PMOS Transistoren Q16- Q19, die in Serie zwischen einer Versorgungsspannungsquelle Vdd und einer Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind, und ei nen PMOS Transistor Q20, der zwischen einem Knoten N15 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q20 ist mit dem Knoten N13 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q16-Q19 dienen als Widerstände zur Teilung einer Versorgungsspannung Vdd, die von der Versor gungsspannungsquelle Vdd an den Knoten N13 geliefert wird. Der NMOS Transistor Q20 dient zur Übertragung eines konstan ten Stroms vom Knoten N15 zur Erdspannungsquelle Vss in Erwi derung auf eine Spannung am Knoten N13.

Die Startschaltung 101 ist so ausgebildet, daß sie den anfänglichen Zustand des Referenzspannungsgenerators 102 be stimmt, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 102 zu stabilisieren. Die Startschaltung 101 hat keine Auswirkung auf den Referenzspannungsgenerator 102, wenn er sich in einem stabilen Betrieb befindet.

Der Referenzspannungsgenerator 102 ist mit einer CMOS Schaltung versehen. Der Referenzspannungsgenerator 102 ist in zwei Teile geteilt, wobei einer ein Referenzspannungserzeu gungsteil (Vrp) und der andere ein Referenzspannungserzeu gungsteil (Vrm) darstellt. Der Referenzspannungserzeugungs teil (Vrp) umfaßt einen PMOS Transistor Q23, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Knoten N15 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q24, der zwischen der Versorgungs spannungsquelle Vcc und einem Knoten N17 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q25, der zwischen dem Knoten N15 und einem Knoten N16 geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transi storen Q23 und Q24 sind gemeinsam mit dem Knoten N15 verbun den. Das Gate des NMOS Transistors Q25 ist mit dem Knoten N17 verbunden. Der Referenzspannungserzeugungsteil (Vrp) umfaßt ferner einen Widerstand Rp2, der zwischen dem Knoten N16 und der Erdspannungsquelle Vs geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q26, der zwischen den Knoten N17 und der Erdspan nungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des MNOS Transistors Q26 ist mit dem Knoten N17 verbunden.

Der Referenzspannungserzeugungsteil (Vrm) umfaßt einen PMOS Transistor Q21, der zwischen die Versorgungsspannungs quelle Vdd und einen Knoten N14 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q22, der zwischen den Knoten N14 und der Erd spannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transi tors Q21 ist mit dem Knoten N15 verbunden. Das Gate des NMOS Transistors Q22 ist mit dem Knoten N14 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q21, Q23 und Q24 empfangen die Versorgungsspannung Vdd von der Versorgungsspannungsquelle Vdd an ihren Source-Anschlüssen und übertragen die empfangene Versorgungsspannung zu ihren Drain-Anschlüssen. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q21, Q23 und Q24 einen Strom spiegel. In ähnlicher Weise bilden die NMOS Transistoren Q25 und Q26 einen Stromspiegel.

Die PMOS und NMOS Transistoren Q24 und Q26 dienen als Widerstände zum Teilen der Versorgungsspannung Vdd von der Versorgungsspannungsquelle Vdd, um am Knoten N17 eine Refe renzspannung Vrp zu liefern. Die Referenzspannung Vrp, die durch die PMOS und NMOS Transistoren Q24 und Q26 erzeugt wurde, wird über den Knoten N17 dem Spannungsverstärker 103 zugeführt, an den Drain-Anschlüsse der PMOS und NMOS Transi storen Q24 und Q26 gemeinsam angeschlossen sind.

Der Widerstand Rp2 und die NMOS Transistoren Q25 und Q26 steuern den Betrag des Stromes, der durch den Referenzspan nungserzeugungsteil (Vrp) gemäß einer Variation in der Ver sorgungsspannung Vdd oder der Temperatur fließt, um die Refe renzspannung Vrp am Knoten N17 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise ist der Widerstand Rp2 ein Polysiliciumwider stand mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß der Wi derstand steigt, wenn die Temperatur steigt. Wenn beispiels weise der Widerstandswert des Widerstands Rp2 zunimmt, so wird eine Spannung am Knoten N15 in ihrem Pegel verringert. In diesem Fall wird die Referenzspannung Vrp im Pegel erhöht, da der PMOS Transistor Q24 im Widerstand erhöht wird.

Auf der anderen Seite ist die Referenzspannung Vrm pro portional zu einer Schwellwertspannung VT des PMOS Transi stors Q21, und sie wird in ihrem Pegel reduziert, wenn die Temperatur steigt. Als Ergebenis haben die beiden Referenz spannungen Vrp und Vrm die entgegengesetzte Antwortcharakte ristik bezüglich der Variation der Temperatur. Mit anderen Worten, die Referenzspannung Vrp wird durch den Widerstand Rp2 und die NMOS Transitoren Q25 und Q26 festgelegt, und die Referenzspannung Vrm wird durch den NMOS Transistor Q22 be stimmt.

Der Spannungsverstärker 103 umfaßt einen PMOS Transistor Q27, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und ei nen Knoten N19 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q28, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N20 geschaltet ist, einen NMOS Transitor Q29, der zwischen den Knoten N19 und den Knoten N21 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q30, der zwischen die Knoten N20 und N21 ge schaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q27 und Q28 sind gemeinsam mit dem Knoten N20 verbunden. Die PMOS Transi storen Q27 und Q28 dienen als Belastungswiderstände. Das Gate des NMOS Transistors Q29 ist mit dem Knoten N18 verbunden, der mit dem Knoten N17 oder einen Referenzspannungsausgabean schluß (Vrp) des Referenzspannungsgenerators 102 verbunden ist. Der NMOS Transistor steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N19 bis zum Knoten N21 in Erwiderung auf die Refe renzspannung Vrp am Knoten N18 fließt. Das Gate des NMOS Transistors Q30 ist mit einem Knoten N23 verbunden. Der NMOS- Transistor Q30 steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N20 zum Knoten N21 als Antwort auf eine Spannung am Knoten N23 fließt. Die Spannungen an den Knoten N19 und N20 haben die entgegengesetzten Pegel gemäß den Pegeln der Referenzspan nung Vrp und der Spannung an den Knoten N17 und N23, die an die Gates der NMOS Transistoren Q29 beziehungsweise Q30 ge legt werden. Wenn beispielsweise die Spannung am Knoten N23 größer ist als die Referenzspannung Vrp am Knoten N17, so ist die Spannung am Knoten N19 größer als die am Knoten N20. An dererseits ist, wenn die Spannung am Knoten N23 niedriger als die Referenzspannung Vrp am Knoten N17 ist die Spannung am Knoten N19 niedriger als am Knoten N20. Die Pegel der Span nungen an den Knoten N19 und N20 sind proportional zur Dif ferenz zwischen der Referenzspannung Vrp und der Spannung an den Knoten N17 und N23.

Der Spannungsverstärker 103 umfaßt ferner einen NMOS Transistor Q31, der zwischen den Knoten N21 und die Erdspan nungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des NMOS Transistors Q31 ist mit dem Knoten N18 verbunden. Der NMOS Transistor Q31 hält den Gesamtbetrag des Stroms, der durch die NMOS Transi storen Q29 und Q30 fließt, konstant in Erwiderung auf die Re ferenzspannung Vrp am Knoten N18. Im Ergebnis funktioniert der NMOS Transistor Q31 als eine Konstantstromquelle. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q27 und Q28 und die NMOS Transistoren Q29-Q31 einen Differentialverstärker.

Der Spannungsverstärker 103 umfaßt ferner einen PMOS Transistor Q32, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Ausgangsknoten N22 geschaltet ist, und PMOS und NMOS Transistoren Q33 und Q34, die in Serie zwischen dem Aus gangsknoten N22 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind. Der PMOS Transistor Q32 gestattet den Fluß des Stroms umgekehrt proportional zum Pegel der Spannung am Knoten N19. Im Ergebnis hat die Spannung am Knoten N23 eine Variation, die gleich derjenigen der Referenzspannung Vrp am Knoten N18 ist. Der Grund dafür ist, daß der PMOS Transitor Q23 einen Widerstandswert hat, der sich erhöht gemäß einem Pegel der Spannung Vref am Ausgangsknoten N22. Der PMOS Transistor Q33, der zwischen den Ausgangsknoten N22 und den Knoten N23 ge schaltet ist, funktioniert als aktiver Widerstand. Das Gate des NMOS Transistors Q34, der zwischen den Knoten N23 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, ist mit dem Knoten N14 verbunden. Der NMOS Transistor Q34 steuert den Pegel der Aus gangsspannung Vref am Ausgangsknoten N22 in Erwiderung zum Pegel der Referenzspannung Vrm am Knoten N14. Der Grund dafür ist der, daß der NMOS Transitor Q34 einen Widerstandswert be sitzt, der variiert im ungekehrten Verhältnis zum Pegel der Spannung Vref am Ausgangsknoten N22. Da der Widerstandswert des NMOS Transistors Q34 in derartiger Weise gesteuert wird, ist die Ausgangsspannung Vref am Ausgangsknoten N22 in ihrem Pegel stabil unabhängig von einer Variation in der Versor gungsspannung Vdd oder der Temperatur. Somit kompensiert die Referenzspannungserzeugungsschaltung der vorliegenden Erfin dung die Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur im Spannungsverstärker durch die Verwendung der beiden Referenzspannungen Vrp und Vrm mit einer entgegenge setzten Antwortcharakteristik bezüglich einer Variation in der Versorgungsspannung oder der Temperatur.

Die Referenzspannung Vref, die durch den Spannungsver stärker 103 verstärkt wird, kann wie folgt ausgedrückt wer den:

Vref = Vrp (1+ R_P/R_N)
R_P = δ v_ds/δi_ds = 1/β_P(V_GS - V_T) = 1/β_P(vref-vrp-v_T)
R_N = δ v_ds/δi_ds = 1/β_N(V_GS - V_T) = 1/β_N(V_m-V_T),

wobei R_P ein Kanalwiderstand des PMOS Transistors Q33 ist, R_N ein Kanalwiderstand des NMOS Transistors Q34 ist, β_N = C_OXµ _NW_N/L_N, β_P = C_OXµ_PW_N/L_P und β_P/β_N = α.

Wenn man annimmt, daß V_T = V_TN = |V_TP|, so ist das Er gebnis:

Vref=(Vrp+V_T/2)+√((V_T/2)² + αVrp(Vrm-V_T)).

Als Ergebnis kann die Variation der Ausgangsreferenz spannung Vref minimiert werden auf der Basis der zwei Refe renzspannungen Vrp und Vrm mit entgegengesetzten Antworcha rakteristika bezüglich der Variation der Versorgungsspannung oder der Temperatur.

Bezieht man sich auf Fig. 5, so ist dort ein Schaltungs diagramm einer Referenzspannungserzeugungsschaltung gemäß ei ner alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, umfaßt die Re ferenzspannungserzeugungsschaltung eine Startschaltung 201 zur Bestimmung eines anfänglichen Zustandes des Referenzspan nungsgenerators 202 nach dem Einschalten, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 202 zu stabilisieren, und eine Startschaltung 203 zur Bestimmung eines anfänglichen Zustan des eines Referenzspannungsgenerators 203 nach dem Einschal ten, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 203 zu stabilisieren. Der Referenzspannungsgenerator 202 ist so aus gestaltet, daß er eine Referenzspannung Vrm in Erwiderung auf ein Ausgangssignal der Startschaltung 201 erzeugt. Der Refe renzspannungsgenerator 204 ist so ausgebildet, daß er eine Referenzspannung Vrp in Erwiderung auf ein Ausgangssignal der Startschaltung 203 erzeugt. Die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgeneratoren 204 und 202 haben entgegengesetzte Antwortcharakteristika bezüglich der Varia tion in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur.

Die Referenzspannungserzeugungsschaltung umfaßt ferner einen Spannungsverstärker 205 für die Kompensation der Refe renzspannung Vref gegenüber einer Variation in der Versor gungsspannung Vdd oder der Temperatur in Erwiderung auf die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsge neratoren 204 und 202, so daß die Referenzspannung Vref immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann.

Die Startschaltung 201 umfaßt PMOS Transistoren Q35- Q38, die in Serie zwischen einer Versorgungsspannungsquelle Vdd und einer Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind, und ei nem PMOS Transistor Q39, der zwischen einem Knoten N25 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q39 ist mit einem Knoten N24 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q35-Q38 dienen als Widerstände zur Teilung einer Versorgungsspannung Vdd, die von der Versor gungsspannungsquelle Vdd an den Knoten N24 geliefert wird. Der PMOS Transistor Q39 dient zur Übertragung eines konstan ten Stroms vom Knoten N25 zur Erdspannungsquelle Vss in Erwi derung auf eine Spannung am Knoten N24.

Die Startschaltung 201 ist so ausgebildet, daß sie den anfänglichen Zustand des Referenzspannungsgenerators 202 be stimmt, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 202 zu stabilisieren. Die Startschaltung 201 hat keine Auswirkung auf den Referenzspannungsgenerator 202, wenn er sich in einem stabilen Betrieb befindet.

Der Referenzspannungsgenerator 202 ist mit einer CMOS Schaltung versehen. Der Referenzspannungsgenerator 202 um faßt einen PMOS Transitor Q40, der zwischen der Versorgungs spannungsquelle Vdd und dem Knoten N25 geschaltet ist, einen Widerstand Rp3, der zwischen der Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N26 geschaltet ist, einen PMOS Transi stor Q41, der zwischen einen Knoten N26 und einem Knoten N27 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q42, der zwischen dem Knoten N25 und der Erdspannungsversorgungsquelle Vss geschal tet ist, einen NMOS Transistor Q43, der zwischen dem Knoten N27 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vrm am Kno ten N27. Die Gates der PMOS Transistoren Q40 und Q41 sind ge meinsam mit dem Knoten N25 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q42 und Q43 sind gemeinsam mit dem Knoten N27 verbunden.

Die PMOS und NMOS Transistoren Q41 und Q43 dienen als Widerstände zur Teilung der Versorgungsspannung Vdd der Ver sorgungsspannungsquelle Vdd, um die Referenzspannung Vrm am Knoten N27 zu liefern. Die Referenzspannung Vrm, die durch die PMOS und NMOS Transistoren Q41 und Q43 erzeugt wird, wird dem Spannungsverstärker 205 durch den Knoten N27 zugeführt, an den die Drain-Anschlüsse der PMOS und NMOS Transistoren Q41 und Q43 gemeinsam angeschlossen sind. Der Widerstand Rp3 und die PMOS Transistoren Q40 und Q41 steuern den Betrag des Stromes, der durch den Referenzspannungsgenerator 202 gemäß einer Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Tempera tur fließt, um die Referenzspannung Vrm am Knoten N27 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise ist der Widerstand Rp3 ein Polysiliciumwiderstand mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstand steigt, wenn die Temperatur steigt. Die PMOS Transistoren Q40 und Q41 haben Schwellwert spannungen VT, die vermindert werden, wenn die Temperatur steigt. Im Ergebnis hat die Verwendung der PMOS Transistoren Q40 und Q41 den Effekt der Steuerung einer Variation der Re ferenzspannung Vrm abhängig von einer Variation der Tempera tur.

Im Ergebnis wird der Pegel der Referenzspannung Vrm be stimmt gemäß dem Widerstand des Widerstands Rp3 und der Größe der PMOS Transistoren Q40 und Q41.

Die Startschaltung 203 umfaßt PMOS Transistoren Q44- Q47, die in Serie zwischen einer Versorgungsspannungsquelle Vcc und einer Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind, und ei nem PMOS Transistor Q48, der zwischen einem Knoten N29 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des PMOS Transistors Q48 ist mit einem Knoten N28 verbunden.

Die PMOS Transistoren Q44-Q47 dienen als Widerstände zur Teilung einer Versorgungsspannung Vdd, die von der Versor gungsspannungsquelle Vdd an den Knoten N28 geliefert wird. Der PMOS Transistor Q48 dient zur Übertragung eines konstan ten Stroms vom Knoten N29 zur Erdspannungsquelle Vss in Erwi derung auf eine Spannung am Knoten N28.

Die Startschaltung 203 ist so ausgebildet, daß sie den anfänglichen Zustand des Referenzspannungsgenerators 204 be stimmt, um den Betrieb des Referenzspannungsgenerators 204 zu stabilisieren. Die Startschaltung 203 hat keine Auswirkung auf den Referenzspannungsgenerator 204, wenn er sich in einem stabilen Betrieb befindet.

Der Referenzspannungsgenerator 204 ist mit einer CMOS Schaltung versehen. Der Referenzspannungsgenerator 204 um faßt einen PMOS Transistor Q49, der zwischen der Versorgungs spannungsquelle Vcc und dem Knoten N29 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q50, der zwischen der Versorgungsspannungs quelle Vcc und einem Knoten N31 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q51, der zwischen einen Knoten N29 und einem Kno ten N30 geschaltet ist, einen Widerstand Rp4, der zwischen dem Knoten N30 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q52, der zwischen dem Knoten N31 und der Erdspannungsversorgungsquelle Vss geschaltet ist, und ei nen Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vrp am Knoten N31. Die Gates der PMOS Transistoren Q49 und Q50 sind gemeinsam mit dem Knoten N29 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q51 und Q52 sind gemeinsam mit dem Knoten N31 verbunden.

Die PMOS und NMOS Transistoren Q50 und Q52 dienen als Widerstände zur Teilung der Versorgungsspannung Vdd der Ver sorgungsspannungsquelle Vdd, um die Referenzspannung Vrp am Knoten N31 zu liefern. Die Referenzspannung Vrp, die durch die PMOS und NMOS Transistoren Q50 und Q52 erzeugt wird, wird dem Spannungsverstärker 205 durch den Knoten N31 zugeführt, an den die Drain-Anschlüsse der PMOS und NMOS Transistoren Q50 und Q52 gemeinsam angeschlossen sind. Der Widerstand Rp4 und die PMOS Transistoren Q51 und Q52 steuern den Betrag des Stromes, der durch den Referenzspannungsgenerator 204 gemäß einer Variation der Versorgungsspannung Vdd oder der Tempera tur fließt, um die Referenzspannung Vrp am Knoten N31 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise ist der Widerstand Rp4 ein Polysiliciumwiderstand mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Die NMOS Transistoren Q51 und Q52 haben Schwellwert spannungen VT, die vermindert werden, wenn die Temperatur steigt. Im Ergebnis hat die Verwendung der NMOS Transistoren Q51 und Q52 den Effekt der Steuerung einer Variation der Re ferenzspannung Vrp abhängig von einer Variation der Tempera tur.

Im Ergebnis wird der Pegel der Referenzspannung Vrm be stimmt gemäß dem Widerstandswert des Widerstands Rp4 und der Größe der NMOS Transistoren Q51 und Q52.

Ersichtlicherweise können die Widerstandswerte der Wi derstände und die Größe der Transistoren derart eingestellt werden, daß die Referenzspannung Vrm vom Referenzspannungsge nerator 202 reduziert wird, wohingegen die Referenzspannung Vrp vom Referenzspannungsgenerator 204 erhöht wird, wenn die Temperatur steigt. Somit haben die Referenzspannungen Vrp und Vrm von den Referenzspannungsgeneratoren 204 und 202 die ent gegengesetzten Antwortcharakteristika bezüglich einer Varia tion der Temperatur.

Vor der Beschreibung des Spannungsverstärkers 205, sei nachfolgend die Beziehung zwischen den Referenzspannungen Vrp und Vrm, abhängig von den Variationen der Temperatur und der Versorgungsspannung Vdd unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 erwähnt.

Die Fig. 6A bis 6C zeigen Variationen der Referenz spannungen Vrp und Vrm in Abhängigkeit von Variationen der Temperatur. Die Fig. 6A und 6B sind Kurven, die die entge gengesetzte Antwortcharakteristik der Referenzspannungen Vrp und Vrm bezüglich einer Variation der Temperatur zeigen. Wie man aus Fig. 6C sieht, kann der Effekt der Variation der Tem peratur auf die Referenzspannung Vref durch die variablen Steigungen der Referenzspannungen Vrp und Vrm eingestellt werden.

Die Fig. 7A bis 7C zeigen Variationen der Referenz spannungen Vrp und Vrm in Abhängigkeit von einer Variation der Versorgungsspannung. Die Fig. 7A und 7B sind Kurven, die die entgegengesetzte Antwortcharakteristik der Referenz spannungen Vrp und Vrm bezüglich einer Variation der Versor gungsspannung zeigen. Wie man aus Fig. 7C sieht, kann der Ef fekt der Variation der Versorgungsspannung auf die Referenz spannung Vref durch die variablen Steigungen der Referenz spannungen Vrp und Vrm eingestellt werden.

Mit anderen Worten, wird die verstärkte Referenzspannung Vref nur wenig beeinflußt durch die Variationen der Tempera tur und der Versorgungsspannung, wie durch die Kurven a, b und c in den Fig. 6C und 7C gezeigt ist. Dies ergibt sich durch die variablen Neigungen der Referenzspannungen Vrp und Vrm und die eingestellten Größen der Transistoren.

Bezieht man sich nun wieder auf Fig. 5, so umfaßt der Spannungsverstärker 205 einen PMOS Transistor Q53, der zwi schen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N33 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q54, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N34 geschal tet ist, einen NMOS Transistor Q55, der zwischen dem Knoten N33 und einem Knoten N35 geschaltet ist und einen NMOS Tran sistor Q56, der zwischen die Knoten N34 und N35 geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q53 und Q54 sind gemein sam mit dem Knoten N34 verbunden. Die PMOS Transistoren Q53 und Q54 dienen als Belastungswiderstände. Das Gate des NMOS Transistors Q55 ist mit dem Knoten N32 verbunden, der mit dem Knoten N31 oder einem Referenzspannungsausgabeanschluß (Vrp) des Referenzspannungsgenerators 204 verbunden ist. Der NMOS Transistor Q55 steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N33 bis zum Knoten N35 in Erwiderung auf die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 fließt. Das Gate des NMOS Transistors Q54 ist mit einem Knoten N37 verbunden. Der NMOS-Transistor Q56 steuert den Betrag des Stroms, der vom Knoten N34 zum Knoten N35 als Antwort auf eine Spannung am Knoten N37 fließt. Die Spannungen an den Knoten N33 und N34 haben die entgegengeset zten Pegel gemäß den Pegeln der Referenzspannung Vrp und der Spannung an den Knoten N32 und N37, die an die Gates der NMOS Transistoren Q55 beziehungsweise Q56 gelegt werden. Wenn bei spielsweise die Spannung am Knoten N37 größer ist als die Re ferenzspannung Vrp am Knoten N32, so ist die Spannung am Kno ten N33 größer als die am Knoten N34. Andererseits ist, wenn die Spannung am Knoten N37 niedriger als die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 ist, die Spannung am Knoten N33 niedriger als am Knoten N34. Die Pegel der Spannungen an den Knoten N33 und N34 sind proportional zur Differenz zwischen der Refe renzspannung Vrp und der Spannung an den Knoten N32 und N37. Im Ergebnis wird der Pegel der Spannung am Knoten N33 so ein gestellt, daß die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 und die Spannung am Knoten N37 die gleichen sein können.

Der Spannungsverstärker 205 umfaßt ferner einen NMOS Transistor Q57, der zwischen den Knoten N35 und die Erdspan nungsquelle Vss geschaltet ist. Das Gate des NMOS Transistors Q57 ist mit dem Knoten N32 verbunden. Der NMOS Transistor Q57 hält den Gesamtbetrag des Stroms, der durch die NMOS Transi storen Q55 und Q56 fließt, konstant in Erwiderung auf die Re ferenzspannung Vrp am Knoten N32. Im Ergebnis funktioniert der NMOS Transistor Q57 als eine Konstantstromquelle. Auf diese Art bilden die PMOS Transistoren Q53 und Q54 und die NMOS Transistoren Q55-Q57 einen Differentialverstärker.

Der Spannungsverstärker 205 umfaßt ferner einen PMOS Transistor Q58, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Ausgangsknoten N36 geschaltet ist, und PMOS und NMOS Transistoren Q59 und Q60, die in Serie zwischen dem Aus gangsknoten N35 und der Erdspannungsquelle Vss geschaltet sind. Das Gate des PMOS Transistors Q58 ist mit dem Knoten N33 verbunden. Der PMOS Transistor Q58 gestattet den Fluß des Stroms umgekehrt proportional zum Pegel der Spannung am Kno ten N33, so daß die Spannung am Knoten N37 den gleichen Pegel wie die Referenzspannung Vrp am Knoten N32 haben kann. Der Grund dafür ist, daß der PMOS Transistor Q58 einen Widerstand hat der sich erhöht gemäß eines Pegels der Spannung Vref am Ausgangsknoten N36. Der PMOS Transistor Q59, der zwischen den Ausgangsknoten N36 und den Knoten N37 geschaltet ist, funk tioniert als aktiver Widerstand. Das Gate des NMOS Transi stors Q60, der zwischen den Knoten N37 und die Erdspannungs quelle Vss geschaltet ist, ist mit dem Knoten N27 verbunden. Der NMOS Transistor Q60 steuert den Pegel der Ausgangsspan nung Vref am Ausgangsknoten N36 in Erwiderung auf den Pegel der Referenzspannung Vrm am Knoten N27. Der Grund dafür ist der, daß der NMOS Transistor Q60 einen Widerstand besitzt, der variiert im ungekehrten Verhältnis zum Pegel der Spannung Vrm am Ausgangsknoten N27. Da die Widerstände der PMOS und NMOS Transistoren Q59 und Q60 in derartiger Weise gesteuert werden, ist die Ausgangsspannung Vref am Ausgangsknoten N36 in ihrem Pegel stabil, unabhängig von einer Variation in der Versorgungsspannung Vdd oder der Temperatur.

Die Fig. 8A bis 8D zeigen alternative Ausführungsfor men des Referenzspannungsgenerators in den Fig. 4 und 5. In Fig. 8 enthält der Referenzspannungsgenerator weiterhin eine variable Widerstandsvorrichtung Q65, Q70, Q75 oder Q80, deren Widerstandswert variiert gemäß der Differenz zwischen der Versorgungsspannung Vdd und der Erdspannung Vss.

Wie in der Fig. 8A gezeigt ist, umfaßt der Referenzspan nungsgenerator einem PMOS Transistor Q61, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und den Knoten N38 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q62, der zwischen die Versorgungs spannungsquelle Vcc und einen Knoten N40 geschaltet ist, ei nen NMOS Transistor Q63, der zwischen den Knoten N38 und ei nen Knoten N39 geschaltet ist, einen Widerstand Rp5, der zwi schen den Knoten N39 und die Erdspannungsquelle Vss geschal tet ist, einen PMOS Transistor Q65, der zwischen dem Knoten N40 und einen Knoten N41 geschaltet ist, und einen NMOS Tran sistor Q64, der zwischen den Knoten N41 und die Erdspannungs quelle Vss geschaltet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q61 und Q62 sind gemeinsam mit dem Knoten N38 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q63 und Q64 sind gemeinsam mit dem Knoten N41 verbunden. Das Gate des PMOS Transistors Q65 ist mit der Erdspannungsquelle Vss verbunden.

Vorzugsweise kann der Widerstand Rp5 ein Polysiliciumwi derstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp5 wird verwendet, um eine Variation der Refe renzspannung Vr abhängig von einer Variation der Temperatur zu steuern.

Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp5 angehoben wird, so wird der Betrag des Stroms, der durch den Knoten N38 fließt, vermindert und ebenso der Betrag des Stromes, der durch den Knoten N40 fließt. Im Ergebnis wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q62 angehoben, um somit zu veranlassen, daß die Referenzspannung Vr am Knoten N40 in ihrem Pegel vermindert wird. Ein gewünschter Pegel der Referenzspannung kann leicht erzielt werden, indem die Kanal größe und Weite des PMOS Transistors Q65 passend eingestellt wird.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp5 und den Größen der NMOS Transistoren Q63 und Q64.

In Fig. 8B umfaßt der Referenzspannungsgenerator einem PMOS Transistor Q66, der zwischen die Versorgungsspannungs quelle Vcc und den Knoten N42 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q68, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N44 geschaltet ist, einen NMOS Transi stor Q67, der zwischen den Knoten N42 und einen Knoten N43 geschaltet ist, einen Widerstand Rp6, der zwischen den Knoten N43 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q70, der zwischen dem Knoten N44 und einen Knoten N45 geschaltet ist, und einen NMOS Transistor Q69, der zwi schen den Knoten N45 und die Erdspannungsquelle Vss geschal tet ist. Die Gates der PMOS Transistoren Q66 und Q68 sind ge meinsam mit dem Knoten N42 verbunden. Die Gates der NMOS Transistoren Q67 und Q69 sind gemeinsam mit dem Knoten N45 verbunden. Das Gate des PMOS Transistors Q70 ist mit dem Kno ten N45 verbunden.

Vorzugsweise kann der Widerstand Rp6 ein Polysiliciumwi derstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp6 wird verwendet, um eine Variation der Refe renzspannung Vr abhängig von einer Variation der Temperatur zu steuern.

Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp6 angehoben wird, so wird der Betrag des Stroms, der durch den Knoten N42 fließt, vermindert und ebenso der Betrag des Stromes, der durch den Knoten N44 fließt. Im Ergebnis wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q68 angehoben, um somit zu veranlassen, daß die Referenzspannung Vr am Knoten N44 in ihrem Pegel vermindert wird. Ein gewünschter Pegel der Referenzspannung kann leicht erzielt werden, indem die Kanal größe und -breite des PMOS Transistors Q70 passend einge stellt wird.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp6 und den Größen der NMOS Transistoren Q67 und Q69.

In Fig. 8C umfaßt der Referenzspannungsgenerator einem PMOS Transistor Q71, der zwischen die Versorgungsspannungs quelle Vcc und den Knoten N46 geschaltet ist, einen Wider stand Rp7, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N47 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q73, der zwischen den Knoten N47 und einen Knoten N48 ge schaltet ist, einen NMOS Transistor Q75, der zwischen den Knoten N48 und einen Knoten N49 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q74, der zwischen den Knoten N49 und die Erdspan nungsquelle Vss geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q72, der zwischen den Knoten N46 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgangsanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N48. Die Gates der PMOS Transi storen Q71 und Q73 sind gemeinsam mit dem Knoten N46 verbun den. Die Gates der NMOS Transistoren Q72 und Q74 sind gemein sam mit dem Knoten N49 verbunden. Das Gate des NMOS Transi stors Q75 ist mit der Versorgungsspannungsquelle Vcc verbun den.

Der Widerstand Rp7 und die PMOS Transistoren Q71 und Q73 steuern den Betrag des Stroms, der durch den Referenzspan nungsgenerator fließt gemäß einer Variation der Versorgungs spannung Vdd oder der Temperatur, um die Referenzspannung Vr am Knoten N48 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise kann der Widerstand Rp7 ein Polysiliciumwiderstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp7 wird verwendet, um den Pegel der Referenzspannung Vr konstant zu halten unabhängig von einer Variation der Temperatur. Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp7 ange hoben wird, so wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q73 angehoben, um somit zu veranlassen, daß der Strom, der durch den Knoten N48 fließt, in seinem Betrag vermindert wird. Im Ergebnis wird die Referenzspannung Vr am Knoten N48 in ihrem Pegel reduziert.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp7 und den Größen der PMOS Transistoren Q71 und Q73.

In Fig. 8D umfaßt der Referenzspannungsgenerator einem PMOS Transistor Q76, der zwischen die Versorgungsspannungs quelle Vcc und den Knoten N50 geschaltet ist, einen Wider stand Rp8, der zwischen die Versorgungsspannungsquelle Vcc und einen Knoten N51 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q78, der zwischen den Knoten N51 und einen Knoten N52 ge schaltet ist, einen NMOS Transistor Q80, der zwischen den Knoten N52 und einen Knoten N53 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q79, der zwischen den Knoten N53 und die Erdspan nungsquelle Vss geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q77, der zwischen den Knoten N50 und die Erdspannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgangsanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N52. Die Gates der PMOS Transi storen Q76 und Q78 sind gemeinsam mit dem Knoten N50 verbun den. Die Gates der NMOS Transistoren Q77 und Q79 sind gemein sam mit dem Knoten N53 verbunden. Das Gate des NMOS Transi stors Q80 ist mit dem Knoten N52 verbunden.

Der Widerstand Rp8 und die PMOS Transistoren Q76 und Q78 steuern den Betrag des Stroms, der durch den Referenzspan nungsgenerator fließt gemäß einer Variation der Versorgungs spannung Vdd oder der Temperatur, um die Referenzspannung Vr am Knoten N52 nahezu konstant zu halten. Vorzugsweise kann der Widerstand Rp8 ein Polysiliciumwiderstand sein mit einer Temperaturcharakteristik derart, daß sein Widerstandswert steigt, wenn die Temperatur steigt. Der Widerstand Rp8 wird verwendet, um den Pegel der Referenzspannung Vr konstant zu halten unabhängig von einer Variation der Temperatur. Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands Rp8 ange hoben wird, so wird der Widerstandswert des PMOS Transistors Q78 angehoben, um somit zu veranlassen, daß der Strom, der durch den Knoten N52 fließt in seinem Betrag vermindert wird. Im Ergebnis wird die Referenzspannung Vr am Knoten N52 in ih rem Pegel reduziert.

Somit wird der Pegel der Referenzspannung Vr bestimmt in Abhängigkeit vom Widerstandswert des Widerstands Rp8 und den Größen der PMOS Transistoren Q76 und Q78.

Im Ergebnis fungieren in den Fig. 8A bis 8D die PMOS Transistoren Q65 und Q70 und die NMOS Transistoren Q75 und Q80 als aktive Widerstände, um den Pegel der Referenzspannung Vr anzuheben. Ein gewünschter Pegel der Referenzspannung kann leicht erzielt werden, indem die Kanalgröße und -breite jedes MOS Transistors passend eingestellt wird.

Die Fig. 9A bis 9B zeigen nochmals andere Ausfüh rungsformen des Referenzspannungsgenerators in den Fig. 4 und 5. In den Fig. 9A bis 9B umfaßt der Referenzspannungs generator einen NMOS oder PMOS Transistor, der in Diodenform geschaltet ist, um eine Referenzspannung Vr zu bilden.

In der Fig. 9A umfaßt der Referenzspannungsgenerator ei ne Konstantstromquelle, die zwischen die Versorgungsspan nungsquelle Vcc und einen Knoten N54 geschaltet ist, einen NMOS Transistor Q81, der zwischen den Knoten N54 und die Erd spannungsquelle Vss geschaltet ist, und einen Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N54. Das Gate des NMOS Transistors Q81 ist mit dem Knoten N54 verbunden.

Die Konstantstromquelle, die durch einen Pfeil bezeich net ist, ist so ausgelegt, daß sie einen Konstantstrom an den Knoten N54 liefert, unabhängig von der Versorgungsspannung Vdd. Die Referenzspannung Vr am Knoten N54 ist proportional zu einer Schwellwertspannung VT des NMOS Transistors Q81. Bei dieser Verbindung wird die Referenzspannung Vr im Pegel redu ziert, wenn die Temperatur steigt.

In der Fig. 9B umfaßt der Referenzspannungsgenerator ei ne Konstantstromquelle, die zwischen die Versorgungsspan nungsquelle Vcc und einen Knoten N55 geschaltet ist, einen PMOS Transistor Q82, der zwischen den Knoten N55 und die Erd spannungsquelle Vss geschaltet ist, und ein Ausgabeanschluß zur Ausgabe der Referenzspannung Vr am Knoten N55. Das Gate des PMOS Transistors Q82 ist mit der Erdspannungsquelle Vss verbunden.

Die Konstantstromquelle, die durch einen Pfeil bezeich net ist, ist so ausgelegt, daß sie einen Konstantstrom an den Knoten N55 liefert, unabhängig von der Versorgungsspannung Vdd. In ähnlicher Weise wie in Fig. 9A wird die Referenzspan nung Vr allmählich im Pegel reduziert, wenn die Temperatur steigt.

Fig. 10 zeigt simulierte Daten der Referenzspannungser zeugungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Simulation der Fig. 10 werden vorliegende und konventionelle Referenzspannungserzeugungsschaltungen verwendet, um eine Re ferenzspannung von 1,4 V zu erzeugen. Es werden auch die Mo dellparameter eines 256 MB DRAM genutzt, und die Versorgungs spannung betrug 3,3 V. Die verwendeten Polysiliciumwiderstän de hatten die folgenden Temperaturkoeffizienten:
TC1 = 0,00118
TC2 = 0,00000492.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, so kom pensiert gemäß der vorliegenden Erfindung die Referenzspan nungserzeugungsschaltung die Variation der Versorgungsspan nung oder der Temperatur durch Verwendung der zwei Referenz spannungen mit entgegengesetzten Antwortcharakteristiken be züglich der Variation der Versorgungsspannung oder der Tempe ratur. Somit kann die Zielreferenzspannung immer auf konstan tem Pegel gehalten werden, unabhängig von äußeren Variatio nen.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegen den Erfindung zur Anschauung beschrieben wurden, werden Fach leute erkennen, daß vielfältige Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und der Idee der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden An sprüchen definiert ist.

Claims

1. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung mit:
einer Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeu gung erster und zweiter Referenzspannungen, wobei die ersten und zweiten Referenzspannungen entgegengesetzte Antwortcha rakteristiken bezüglich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspannung aufweisen;
einer Startvorrichtung zur Bestimmung eines Anfangszu standes der Referenzspannungserzeugungsvorrichtung in Erwide rung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der Refe renzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren; und
einer Spannungsverstärkervorrichtung zur Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber der Variation der Tempe ratur oder der Versorgungsspannung in Erwiderung auf die er sten und zweiten Referenzspannungen der Referenzspannungser zeugungsvorrichtung derart, daß die Referenzspannung immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann.

2. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Referenz spannungserzeugungsvorrichtung folgendes umfaßt:
einen Widerstand;
einen ersten Stromspiegel, wobei dieser erste Stromspie gel eine Vielzahl von PMOS Transistoren umfaßt; und
einen zweiten Stromspiegel, wobei der zweite Stromspiegel eine Vielzahl von NMOS Transistoren umfaßt.

3. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Referenz spannungserzeugungsvorrichtung weiterhin folgendes umfaßt:
einen Referenzspannungsausgabeanschluß, der zwischen den ersten und zweiten Stromspiegeln angeordnet ist; und
einen MOS Transistor, der mit dem Referenzspannungsaus gabeanschluß verbunden ist.

4. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der MOS Transi stor, der mit dem Referenzspannungsausgabeanschluß verbunden ist, die ersten und zweiten Referenzspannungen an seinem Drain- beziehungsweise Source-Anschluß ausgibt.

5. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Referenz spannungserzeugungsvorrichtung folgendes umfaßt:
einen Referenzspannungsausgabeanschluß;
eine Konstantstromquelle, die zwischen einer Versor gungsspannungsquelle und dem Referenzspannungsausgabeanschluß geschaltet ist; und
einen MOS Transistor, der zwischen dem Referenzspan nungsausgabeanschluß und einer Erdspannungsquelle geschaltet ist.

6. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der MOS Transi stor ein NMOS Transistor ist, dessen Gate-Anschluß mit dem Referenzspannungsausgabeanschluß verbunden ist.

7. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der MOS Transi stor ein PMOS Transistor ist, dessen Gate-Anschluß mit der Erdspannungsquelle verbunden ist.

8. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Refe renzspannung eine positive Antwortcharakteristik und die zweite Referenzspannung eine negative Antwortcharakteristik jeweils bezüglich der Temperatur und der Versorgungsspannung hat.

9. Referenzspannungserzeugungsschaltung für eine Halblei terspeichervorrichtung mit:
einer ersten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer ersten Referenzspannungen, wobei die erste Referenzspannung eine positive Antwortcharakteristik bezüg lich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspan nung aufweist;
einer ersten Startvorrichtung zur Bestimmung eines An fangszustandes der ersten Referenzspannungserzeugungsvor richtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der ersten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren;
einer zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Referenzspannung, wobei die zweite Referenzspannung eine negative Antwortcharakteristik bezüg lich einer Variation der Temperatur oder der Versorgungsspan nung aufweist;
einer zweiten Startvorrichtung zur Bestimmung eines An fangszustandes der zweiten Referenzspannungserzeugungsvor richtung in Erwiderung auf die Versorgungsspannung, um den Betrieb der zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtung zu stabilisieren; und
einer Spannungsverstärkervorrichtung zur Kompensation einer Zielreferenzspannung gegenüber der Variation der Tempe ratur oder der Versorgungsspannung in Erwiderung auf die er sten und zweiten Referenzspannungen der ersten und zweiten Referenzspannungserzeugungsvorrichtungen derart, daß die Re ferenzspannung immer auf konstantem Pegel gehalten werden kann.