專利名稱：一種分級溫度補(bǔ)償刷新方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于MOS晶體管集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及對存儲單元進(jìn)行補(bǔ)償刷新的電路設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
使用CMOS工藝制造的動態(tài)存儲器，利用電容作為存儲單元存儲電荷以達(dá)到存儲信息的功能。由于電容所存儲的電荷會因?yàn)槁╇姸鴵p失，為了保證存儲信息正確，需要對存儲單元進(jìn)行補(bǔ)償刷新。存儲單元漏電的速度決定了存儲器需要刷新的頻率。漏電速度越大，所需的刷新頻率越高。
存儲單元的漏電電流與溫度成指數(shù)關(guān)系Is＝Io EXP(-Eg/kT)，式中Is是漏電電流；Io是與半導(dǎo)體材料相關(guān)的常數(shù)；Eg是硅的能帶；k是波爾茲曼常數(shù)；T是溫度。因此溫度越高，漏電電流就越大，所需的刷新頻率就越高。
目前，一般存儲單元采用溫度補(bǔ)償自刷新電路，其組成結(jié)構(gòu)采用溫度敏感振蕩器和控制電路形成電流源，振蕩器電路產(chǎn)生控制刷新振蕩器電路的頻率。溫度敏感振蕩器電路的輸出信號時(shí)鐘周期隨著溫度的升高而增加。溫度敏感振蕩器電路的輸出信號控制控制電路，該控制電路是刷新振蕩器電路和源節(jié)點(diǎn)的電流源。該電路溫度敏感振蕩器有直流回路，功耗較高。
另一種無溫度補(bǔ)償?shù)恼w刷新電路，存儲單元的整體刷新頻率要保持在較高的水平上，以保證器件在高溫下能正常工作。而當(dāng)器件工作溫度較低時(shí)，同樣的刷新頻率則導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種分級溫度補(bǔ)償刷新方法及其電路，可在不同溫度下產(chǎn)生不同頻率的刷新時(shí)鐘，控制刷新時(shí)鐘頻率；在電路處于鎖存待機(jī)狀態(tài)，無直流回路，可大大降低功耗。
本發(fā)明提出的一種分級溫度補(bǔ)償刷新方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)產(chǎn)生一與溫度無關(guān)的參考電壓；2)產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓；3)將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度的每一級控制的選擇信息；4)根據(jù)與溫度相對應(yīng)的選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。
本發(fā)明提出的一種分級溫度補(bǔ)償刷新電路，其特征在于，包括一帶隙參考電壓源，用于產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓；
一寄生三極管，用于產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓；一分級控制器，用于將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度的每一級控制的模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇信號；一可控時(shí)鐘發(fā)生器，用于根據(jù)與溫度相對應(yīng)的選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果本發(fā)明利用帶隙參考電壓源產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓，用CMOS工藝形成的寄生三極管產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓。利用運(yùn)放將參考電壓和工作電壓比較，產(chǎn)生從溫度到分級控制的模數(shù)轉(zhuǎn)換。與溫度相對應(yīng)的數(shù)字選擇信號控制補(bǔ)償刷新時(shí)鐘發(fā)生器，從而實(shí)現(xiàn)分級溫度補(bǔ)償刷新。
本發(fā)明可在不同溫度下產(chǎn)生不同頻率的刷新時(shí)鐘，控制刷新時(shí)鐘頻率；同時(shí)該電路本身具有待機(jī)功能，在待機(jī)模式下(始能控制信號en為0時(shí))，電路處于鎖存待機(jī)狀態(tài)，無直流回路，大大降低了功耗。


圖1為本發(fā)明的四級溫度補(bǔ)償刷新電路實(shí)施例組成原理圖。
圖2為本實(shí)施例的四級溫度補(bǔ)償刷新電路的具體實(shí)現(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的分級溫度補(bǔ)償刷新電路結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明提出的一種分級溫度補(bǔ)償刷新方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)產(chǎn)生一與溫度無關(guān)的參考電壓；2)產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓；3)將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度的每一級控制的選擇信息；4)根據(jù)與溫度相對應(yīng)的選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述方法的電路包括一帶隙參考電壓源，用于產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓；一寄生三極管，用于產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓；一分級控制器，用于將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度的每一級控制的模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇信號；一可控時(shí)鐘發(fā)生器，用于根據(jù)與溫度相對應(yīng)的選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。
本發(fā)明提出的分級溫度補(bǔ)償刷新方法的實(shí)現(xiàn)電路實(shí)施例的主要組成，如圖1所示，包括帶隙參考電壓源1，PMOS管2，寄生三極管3，由運(yùn)算放大器4，電壓比較器5、6、7、8，寄存器9，譯碼器10組成的四級控制器，可控時(shí)鐘發(fā)生器11。各器件的連接關(guān)系為電路的輸入信號VDD接PMOS管2的源極，PMOS管2的柵極接帶隙參考電壓源1的輸出偏置電壓端Vibias，PMOS管2的漏極接寄生三極管3的射極和運(yùn)算放大器4的同相輸入端，寄生三極管PNP 3的基極與集電極同接電路的工作地電壓VSS。帶隙參考電壓源1產(chǎn)生的參考電壓端VT0，VT1，VT2，VT3分別接電壓比較器5、6、7、8的輸入端，電壓比較器5、6、7、8的輸出端接入寄存器9的輸入端，寄存器9的輸出端接譯碼器10的輸入端，譯碼器10的輸出端接可控時(shí)鐘發(fā)生器11的輸入端，由可控時(shí)鐘11產(chǎn)生刷新時(shí)鐘，控制動態(tài)存儲器單元的刷新時(shí)鐘。始能信號en分別接運(yùn)算放大器4、電壓比較器5、6、7、8及寄存器9的始能端。
本發(fā)明的電路的輸入信號有VDD，VSS，和en。其中VDD是電路的工作電源電壓，VSS是電路的工作地電壓，en是使能信號。電路的輸出信號是刷新時(shí)鐘。
上述電路的工作原理為圖1中，帶隙電路1產(chǎn)生不隨溫度變化而變化的參考電壓VT0，VT1，VT2，VT3和PMOS偏置電壓Vibias。
偏置電壓VBIAS控制PMOS2產(chǎn)生偏置電流控制寄生三極管PNP 3。
三極管PNP 3產(chǎn)生隨溫度變化而變化的VD。
VD通過運(yùn)算放大器4產(chǎn)生工作電壓VT。由于運(yùn)算放大器4被設(shè)置成單位放大器，導(dǎo)致VT與VD相等。因此，VT也是與溫度成反比而變化。
電壓比較器5、6、7、8組成4位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將VT與VT0，VT1，VT2和VT3進(jìn)行比較。
當(dāng)VT大于VT0時(shí)，電壓比較器5輸出comp0為“1”；反之為“0”。
當(dāng)VT大于VT1時(shí)，電壓比較器6輸出comp1為“1”；反之為“0”。
當(dāng)VT大于VT2時(shí)，電壓比較器7輸出comp2為“1”；反之為“0”。
當(dāng)VT大于VT3時(shí)，電壓比較器8輸出comp3為“1”；反之為“0”。
這樣隨溫度由高到低，comp[3:0]的輸出為0000，0001，0011，0111，1111。
所有電壓比較器都由en控制。在en等于“1”時(shí)工作，“0”時(shí)待命并截?cái)嗨兄绷魍芬詼p小功耗。
comp[3:0]信號存儲在4位寄存器9中。en等于“1”時(shí)寄存器9存儲，en等于“0”時(shí)更新。其輸出D[3:0]與comp[3:0]一一對應(yīng)。
譯碼器10根據(jù)輸入D[3:0](0000，0001，0011，0111，1111)產(chǎn)生選擇信號S
。
可控時(shí)鐘發(fā)生器11根據(jù)選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘為本發(fā)明的輸出信號。
上述四級溫度具體實(shí)現(xiàn)如圖2所示，圖中，橫坐標(biāo)表示T，縱坐標(biāo)表示電壓V，當(dāng)始能信號en為高時(shí)，將工作電壓VT與隨溫度變化而變化的電壓VT0，VT1，VT2和VT3進(jìn)行比較，產(chǎn)生從溫度到分級控制的模數(shù)轉(zhuǎn)換。與溫度相對應(yīng)的數(shù)字選擇信號控制補(bǔ)償刷新時(shí)鐘發(fā)生器，從而實(shí)現(xiàn)分級溫度補(bǔ)償刷新。
當(dāng)溫度0＜T＜T0時(shí)，VT＞VT0，VT1，VT2，VT3，電壓比較器5、6、7、8依次輸出“1”、“1”、“1”、“1”，該信號comp[3:0]-(1111)在始能信號en為高時(shí)存儲在寄存器9中。其輸出D[3:0]與comp[3:0]一一對應(yīng)，譯碼器輸入(1111)，產(chǎn)生選擇信號S<4:0>＝(00001)，選擇可控時(shí)鐘發(fā)生器11產(chǎn)生的頻率不同的時(shí)鐘，該輸出時(shí)鐘為刷新時(shí)鐘控制DRAM單元。
當(dāng)溫度T0＜T＜T1時(shí)，VT1，VT2，VT3＜VT＜VT0，電壓比較器5、6、7、8依次輸出“0”、“1”、“1”、“1”，該信號comp[3:0]-(0111)在始能信號en為高時(shí)存儲在寄存器9中。其輸出D[3:0]與comp[3:0]一一對應(yīng)，譯碼器輸入(0111)，產(chǎn)生選擇信號S<4:0>＝(00010)，選擇可控時(shí)鐘發(fā)生器11產(chǎn)生的頻率不同的時(shí)鐘，該輸出時(shí)鐘為刷新時(shí)鐘控制DRAM單元。
當(dāng)溫度T1＜T＜T2時(shí)，VT2，VT3＜VT＜VT0，VT1，，電壓比較器5、6、7、8依次輸出“0”、“0”、“1”、“1”，該信號comp[3:0]-(0011)在始能信號en為高時(shí)存儲在寄存器9中。其輸出D[3:0]與comp[3:0]一一對應(yīng)，譯碼器輸入(0011)，產(chǎn)生選擇信號S<4:0>＝(00100)，選擇可控時(shí)鐘發(fā)生器11產(chǎn)生的頻率不同的時(shí)鐘，該輸出時(shí)鐘為刷新時(shí)鐘控制DRAM單元。
當(dāng)溫度T2＜T＜T3時(shí)，VT3＜VT＜VT0，VT1，VT2，電壓比較器5、6、7、8依次輸出“0”、“0”、“0”、“1”，該信號comp[3:0]-(0001)在始能信號en為高時(shí)存儲在寄存器9中。其輸出D[3:0]與comp[3:0]一一對應(yīng)，譯碼器輸入(0001)，產(chǎn)生選擇信號S<4:0>＝(01000)，選擇可控時(shí)鐘發(fā)生器11產(chǎn)生的頻率不同的時(shí)鐘，該輸出時(shí)鐘為刷新時(shí)鐘控制DRAM單元。
當(dāng)溫度T＞T3時(shí)，VT＞VT0，VT1，VT2，VT3電壓比較器5、6、7、8依次輸出“0”、“0”、“0”、“0”，該信號comp[3:0]-(0000)在始能信號en為高時(shí)存儲在寄存器9中。其輸出D[3:0]與comp[3:0]一一對應(yīng)，譯碼器輸入(0000)，產(chǎn)生選擇信號S<4:0>＝(10000)，選擇可控時(shí)鐘發(fā)生器11產(chǎn)生的頻率不同的時(shí)鐘，該輸出時(shí)鐘為刷新時(shí)鐘控制DRAM單元。
由于本發(fā)明電路中，始能信號en控制電路的工作狀態(tài)，當(dāng)en為高時(shí)，控制電路處于采樣工作狀態(tài)，當(dāng)en為低時(shí)，電路處于待機(jī)鎖存狀態(tài)，因此該電路無直流回路，功耗很低。
本發(fā)明電路采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的通用集成電路器件連接而成。
權(quán)利要求
1.一種分級溫度補(bǔ)償刷新方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)產(chǎn)生一與溫度無關(guān)的參考電壓；2)產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓；3)將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度的每一級控制的選擇信息；4)根據(jù)與溫度相對應(yīng)的選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述參考電壓由一帶隙參考電壓源產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作電壓由一寄生三極管產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述選擇信號由一分級控制器產(chǎn)生。
5.一種分級溫度補(bǔ)償刷新電路，其特征在于，該電路包括一帶隙參考電壓源，用于產(chǎn)生與溫度無關(guān)的參考電壓；一寄生三極管，用于產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓；一分級控制器，用于將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度的每一級控制的模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇信號；一可控時(shí)鐘發(fā)生器，用于根據(jù)與溫度相對應(yīng)的選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。
6.如權(quán)利要求5所述的分級溫度補(bǔ)償刷新電路，其特征在于，所述的分級控制器由運(yùn)算放大器，N個(gè)電壓比較器，寄存器和譯碼器組成；各器件的連接關(guān)系為電路的輸入信號端VDD接PMOS管的源極，MOS管的柵極接帶隙參考電壓源的輸出偏置電壓端Vibias，PMOS管的漏極接寄生三極管的射極和運(yùn)算放大器的同相輸入端，寄生三極管PNP的基極與集電極同接電路的工作地電壓VSS；帶隙參考電壓源的參考電壓端VT0，VT1，VT2，……VTN分別與N個(gè)電壓比較器的輸入端相連，N個(gè)電壓比較器的輸出端均與寄存器的輸入端相連，寄存器的輸出端接譯碼器的輸入端，譯碼器的輸出端接可控時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，由可控時(shí)鐘產(chǎn)生刷新時(shí)鐘，控制動態(tài)存儲器單元的刷新時(shí)鐘；始能信號en分別與運(yùn)算放大器、N個(gè)電壓比較器及寄存器的始能端相連。
7.如權(quán)利要求5所述的分級溫度補(bǔ)償刷新電路，其特征在于，所述的MOS管為PMOS管。
8.如權(quán)利要求5所述的分級溫度補(bǔ)償刷新電路，其特征在于，所述的寄生三極管為PNP寄生三極管。
9.如權(quán)利要求5、6、7或8所述的分級溫度補(bǔ)償刷新電路，其特征在于，所述的各器件均采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的通用集成電路器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分級溫度補(bǔ)償刷新電路，屬于MOS晶體管集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該方法包括產(chǎn)生一與溫度無關(guān)的參考電壓；產(chǎn)生與溫度成反比的工作電壓；將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度的每一級控制的選擇信息；根據(jù)與溫度相對應(yīng)的選擇信號生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。該電路包括一帶隙參考電壓源，用于產(chǎn)生參考電壓；一寄生三極管，用于產(chǎn)生工作電壓；一分級控制器，用于將參考電壓和工作電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生各級溫度控制的選擇信息；一可控時(shí)鐘發(fā)生器，生成頻率不同的刷新時(shí)鐘。本發(fā)明可在不同溫度下產(chǎn)生不同頻率的刷新時(shí)鐘，控制刷新時(shí)鐘頻率；同時(shí)該電路處于鎖存待機(jī)狀態(tài)時(shí)，無直流回路，大大降低了功耗。
文檔編號G11C11/406GK1838315SQ200610076279
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者徐凌松 申請人:北京芯技佳易微電子科技有限公司