DE69314013T2 - Sicherungsschaltungen für aus nicht-flüchtigen Speichem bestehenden Anordnungen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für Vorrichtungen mit nicht-flüchtigen Speichern.
• Bei Vorrichtungen mit nicht-flüchtigen Speichern, wie z.B. EPROMs, EEFROMs und flash-EEPROMs muß der Inhalt des Speichers in dem Fall geschützt werden, daß die Versorgung VCC unbeabsichtigter Weise in Gegenwart der Programmierspannung VCC unterbrachen wird, oder in dem Fall, daß die Spannung VPP vor der Versorgungsspannung VCC angelegt wird, wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird.
• Zu diesem Zweck sind Schutzschaltungen mit Komparatoren vorgesehen, welche die Versorgungsspannung WC mit einer Referenzspannung vergleichen und, falls die Versorgungsspannung geringer als die Referenzspannung ist, die Zuführung der Versorgungsspannung VPP deaktivieren, um eine Beschädigung des Speichers oder eine Änderung der gespeicherten Daten zu verhindem
• Ein Nachteil der bekannten Schaltungen des vorher erwähnten Typs ist der hohe statische Verbrauch der verwendeten Komparatoren, welcher nicht stets erwünscht ist.
• Die EP-A-0053273 offenbart eine Schutzschaltung für einen nicht-flüchtigen Speicher. Die Schaltung vergleicht die Versorgungsspannung mit einer Referenzspannung und legt die Wortleitungen des Speichers auf Masse, falls die Versorgungsspannung unter die Referenzspannung abfällt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Schutzschaltung, welche derart entworfen ist, daß sie den obigen Nachteil überwindet.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzschaltung für Vorrichtungen mit nicht-flüchtigen Speichern, wie in Anspruch definiert, egschaffen.
• Eine bevorzugte, nicht beschränkende Ausführungsform der Erfindung wird beispielshaber mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, welche einen vereinfachten Stromlaufplan der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Die Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche insgesamt in der begleitenden Zeichnung mit 1 bezeichnet ist, empfängt zwei Referenzspannungen VCC (definierend die Versorgungsspannung) und VPP (definierend die Programmierspannung des Speichers, der nicht gezeigt ist) , welche über jeweilige Leitungen 8 bzw. 9 zugeführt werden. Die Schaltung umfaßt im wesentlichen einen Komparator 2, eine Quelle 3 für die Referenzspannung VREF (beide werden mit der Spannung VPP über jeweilige P-Kanal-MOS-Transistoren 4, 5 versorgt) sowie einen Inverter 6, der mit der Spannung VPP versorgt wird und durch die Versorgungsspannung VCC gesteuert wird.
• Insbesondere umfaßt der Komparator 2 ein Paar von N-Kanal-MOS- Transistoren 10, 11, welche die Steueranschlüsse jeweils mit der VCC-Versorgungsleitung 8 bzw. der Spannungsquelle 3 verbunden haben; die Source-Anschlüsse miteinander und mit einer Konstantstromquelle 12 (in diesem Fall ein MOS-Transistor) verbunden haben; und die Drain-Anschlüsse mit den Eingängen eines Stromspiegels 15, gebildet durch zwei P-Kanal-MOS-Transistoren 16, 17, verbunden haben (an den Knoten 13, 14). Der mit dem Transistor 10 des Komparators 2 verbundene Transistor 16 ist Dioden-verbunden, wobei sein Steueranschluß mit seinem Drain-Anschluß, der mit dem Knoten 13 verbunden ist, kurzgeschlossen ist. Die Source-Anschlüsse der Transistoren 16, 17, die nicht mit den Knoten 13, 14 verbunden sind, sind am Knoten 18 miteinander verbunden, der über den Transistor 4 mit der Leitung 9 zum uführen der Spannung VPP verbunden ist. Der Transistor 4 hat den Steueranschluß mit der Leitung 8 (VCC) verbunden, den Drain-Anschluß mit dem Knoten 18 verbunden und den Source-Anschluß und das Substrat mit der Leitung 9 verbunden. Die Zeichnung zeigt ebenfalls die Verbindung zwischen dem Substrat der Transistoren 16, 17 und der Leitung 9 (VPP).
• In der gezeigten Ausführungsform ist die Spannungsquelle 3 durch die Reihenverbindung zweier Dioden-verbundener N-Kanal- MOS-Transistoren 22 und 23 gebildet, welche zwischen dem Knoten 24, mit dem der Steueranschluß des Transistors 11 verbunden ist, und Masse (ebenfalls als Referenzpotentialleitung definiert) angeschlossen sind. Der Knoten 24 ist ebenfalls mit der Leitung 9 über den Transistor 5 verbunden, welcher den Steueranschluß mit der Spannung VCC verbunden, den Drain-Anschluß mit dem Knoten 24 verbunden und den Source-Anschluß und das Substrat mit der Leitung 9 verbunden hat.
• Der Ausgangsknoten 14 des Komparators 2 ist mit dem Steueranschluß eines N-Kanal-MOS-Ausgangstransistors 27 verbunden, welcher den Source-Anschluß auf Masse gelegt hat und den Drain-Anschluß über den Knoten 28 mit dem Drain-Anschluß eines P-Kanal-MOS-Transistors 29 verbunden hat, welcher den Steueranschluß mit der VCC-Leitung 8 verbunden und den Source-Anschluß und das Substrat mit VPP-Leitung 9 verbunden hat. Die Transistoren 27 und 29 zusammengenommen bilden einen Inverter.
• Der Knoten 28 ist mit dem Ausgang des Inverters 6 und mit dem Steueranschluß eines P-Kanal-MOS-Transistors 30, der als Schalter arbeitet, verbunden. Insbesondere weist der Transistor 30 den Source-Anschluß und das Substrat mit der Leitung 9 verbunden und den Drain-Anschluß (zum Definieren des Ausgangs 31 der Schaltung 1) mit der Schaltung 32 zum Schutz (einschließlich eines nicht gezeigten Speichers) verbunden auf.
• Der Inverter 6 umfaßt ein Paar von Transistoren 35, 36 entgegengesetzten Kanals, welche miteinander in Reihe geschaltet sind; einen Inverter 37; und einen N-Kanal-MOS-Transistor 38, der als Schalter arbeitet. Insbesondere ist der Transistor 35 vom P-Kanal-Typ, wobei der Source-Anschluß und das Substrat mit der Leitung 9 verbunden sind; der Drain-Anschluß mit dem Drain-Anschluß des Transistors 36 am Knoten 40 verbunden ist; und der Steueranschluß mit dem Steueranschluß des Transistors 36 und der VCC-Leitung 8 verbunden ist. Der Transistor 36, der vom N-Kanal-Typ ist, weist ebenfalls einen auf Masse gelegten Source-Anschluß auf. Der Inverter 37 liegt zwischen dem Knoten 40 und dem Steueranschluß des Transistors 38, welcher einen auf Masse gelegten Source-Anschluß auf und einen mit dem Knoten 28 verbundenen Drain-Anschluß aufweist.
• Der Betrieb der obigen Schaltung wird jetzt mit Bezug auf drei mögliche Zustände der Versorgungsleitung 8 und 9 erklärt. In der folgenden Beschreibung ist die Schwelispannung der PMOS- Transistoren (die Spannung zwischen dem Source-Anschluß und dem Steueranschluß, bei und oberhalb derer der Transistor eingeschaltet ist) mit VTH bezeichnet.
• VCC < VREF und VCC < VPP - VVTH (d.h. VPP - VCC > VTH)
• Diese Situation liegt typischerweise vor, wenn aus irgendeinem Grund die Versorgungsspannung (aber nicht die Programmierspannung) unterbrochen ist oder wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, die Programmierspannung schneller als die Versorgungsspannung ansteigt, wobei in diesem Fall die Zuführung der Programmierspannung verhindert werden muß.
• Im obigen Zustand ist der Transistor 35 eingeschaltet; der Transistor 36 ist ausgeschaltet; der Knoten 40 ist auf H; der Ausgangs des Inverters 37 ist auf L, so daß der Transistor 38 ausgeschaltet ist; die Transistoren 4, 5 und 29 sind eingeschaltet und versorgen den Komparator 2 und die Spannungsquelle 3; und weil der Steueranschluß des Transistors 10 auf einem niedrigeren Potential (VCC) als der Knoten 24 (VPP) ist, ist der Ausgang der Komparators 2 auf L, ist der Transistor 27 aus, weist ein Knoten 28 grob dasselbe Potential wie die Leitung 9 (VPP) auf und ist der Transistor 30 aus, um die Versorgung von VPP zu deaktivieren.
• VCC > VREF und VCC > VPP - VTH (d.h. VPP - VCC < VTH)
• Dies ist die normale Betriebssituation, der man weit häufiger als anderen begegnet (z. B. beim Lesen des Speichers der Vorrichtung 32) und in der der statische Verbrauch des Komparators 2 unerwünscht ist.
• In der obigen Situation ist der Transistor 35 ausgeschaltet; ist der Transistor 36 eingeschaltet; ist der Knoten 40 auf L; ist der Ausgang des Inverters 37 auf H; ist der Transistor 38 eingeschaltet, um so den Knoten 28 auf Masse zu legen; ist der Transistor 30 eingeschaltet, um so die Versorgung von VPP zu aktivieren; und sind die Transistoren 4, 5 und 29 ausgeschaltet, so daß der Komparator 2 ebenfalls aus ist und keinen Strom absorbiert. Der Zustand des Transistors 27 ist unbekannt.
• VREF < VCC < VPP - VTH (d.h. VPP - VCC > VTH)
• Dies ist ein spezieller Zustand, der beispielsweise bei der Programmierung des Speichers verwendet wird und bei dem die Versorgungsspannung höher als die Referenzepannung ist, aber die Programmierspannung viel höher als die Versorgungsspannung ist.
• Im obigen Zustand ist der Transistor 35 eingeschaltet; ist der Knoten 40 auf H; ist der Ausgang des Inverters 37 auf L, so daß der Trans istor 38 ausgeschaltet ist; sind die Transistoren 4, 5 und 29 eingeschaltet und versorgen die Spannungsquelle 3 und den Komparator 2, dessen Ausgang 14 auf H ist; ist der Transistor 27 eingeschaltet und hält eine niedrige Spannung am Knoten 28 aufrecht; und ist der Transistor 30 eingeschaltet, um somit eine Versorgung der Programmierspannung VPP an den Ausgang 31 der Schaltung und an die Vorrichtung 32 zu aktivieren.
• Da dies eine spezielle Betriebsbedingung ist, die nur einen kleinen Abschnitt der Gesamtbetriebszeit des Speichers dauert, ist der Verbrauch durch den Komparator 2 akzeptabel.
• Wenn sowohl VCC als auch VPP niedrig sind, ist der Transistor 30 wahrscheinlich ausgeschaltet. Da jedoch ein niedriger VPP - Wert auf keine Art und Weise die Vorrichtung 32 gefährdet, ist der Zustand der Schaltung 1 von geringer Bedeutung.
• Die Vorteile der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der vorhergehenden Beschreibung klar erscheinen. Zunächst schafft sie eine Erfassung von Situationen welche die Vorrichtung gefährden und daher rühren, daß die Versorgungsspannung in Gegenwart der Programmierspannung unterbrochen wird oder daß die Programmierspannung schneller im Vergleich zur Versorgungsspannung ansteigt, wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird. Zweitens ist unter normalen Betriebsbedingungen der statische Gebrauch des Komparators Null, was irgendeinen Verbrauch und damit verbundene Dissipationsprobleme eliminiert. In jedem Fall bietet die Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung eine korrekte Zuführung der Programmierspannung, wie durch die Betriebsbedingungen bestimmt.
• Letztlich ist die beschriebene Lösung geradlinig im Design, bietet eine störungsfreie Implementierung und Integration und bietet einen hohen Grad an Zuverlässigkeit in jeder Situation.
• Es wird den Fachleuten klar erscheinen, daß Änderungen an der beschriebenen und hier illustrierten Schaltung durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere kann die Implementierung der Komponenten von der beschriebenen abweichen, z. B. anstelle der MOS-Typen können die Transistoren bipolare Vorrichtungen sein.

Claims (8)

1. Schutzschaltung (1) für Vorrichtungen (32) mit nichtflüchtigen Speichern, wobei die Schaltung (1) aufweist: zumindest eine erste (8) und eine zweite (9) Versorgungsleitung auf einer ersten (VCC) bzw. einer zweiten (VPP) Versorgungsspannung; eine Referenzspannungsquelleneinrichtung (3) zum Erzeugen einer Referenzspannung (VREF) eine mit der ersten Versorgungsleitung (8) und der Quelleneinrichtung verbundene Vergleichseinrichtung (2); sowie eine durch die Vergleichseinrichtung über einen Steueranschluß steuerbare Schalteinrichtung (30), welche zwischen der zweiten Versorgungsleitung (9) und dem Ausgang (31) der Schaltung (1) gelegen ist, zum Entkoppeln der zweiten Versorgungsleitung (9) vom Ausgang (31), wenn die erste Versorgungsspannung (VCC) unter die Referenzspannung (VREF) abfällt; dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung weiterhin aufweist: eine Aktivierungssteuereinrichtung (4-6, 29), die mit der ersten und zweiten Versorgungsleitung (8, 9) und mit der Vergleichseinrichtung (2) verbunden ist, zum Deaktivieren der Vergleichseinrichtung und zum Einschalten der Schalteinrichtung (30), wenn die erste und zweite Versorgungespannung um einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes verschieden sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsszeuereinrichtung (4-6, 29) einen ersten gesteuerten Schalter (4) aufweist, der zwischen der zweiten Versorgungsleitung (9) und der Vergleichseinrichtung (2) liegt und einen Steueranschluß aufweist, der mit der ersten Versoraungsleitung (8) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelleneinrichtung (3) mit der zweiten Versorgungsleitung (9) über einen zweiten gesteuerten Schalter (5) verbunden ist, der zwischen der zweiten Versorgungsleitung und der Quelleneinrichtung liegt und einen mit der ersten Versorgungsleitung (8) verbundenen Steueranschluß aufweist.

4. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (2) eine Differentialschaltung (10, 11) aufweist, welche einen Ausgangsanschluß (14) mit dem Steueranschluß eines Ausgangstransistors (27) verbunden hat, wobei der Ausgangstransistor zwischen der zweiten Versorgungsleitung (9) über einen dritten steuerbaren Schalter (29) und einer Referenzpotentialleitung angeschlossen ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ersten, zweiten und dritten steuerbaren Schalters (4; 5, 29) ein P-Kanal-MOS-Transistor aufweist; und daß der Ausgangstransistor (27) ein N-Kanal-MOS-Transistor aufweist.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungssteuereinrichtung (4-6, 29) eine Differentialinverterstufe (6) mit einem ersten und einem zweiten Eingana aufweist, die mit der ersten bzw. zweiten Versorgungsleltung (8, 9) verbunden sind, sowie einem Ausgang (28) , der mit dem Steueranschluß der Schalteinrichtung (30) verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterstufe (6) einen ersten und einen zweiten Transistor (35, 36), welche jeweils erste Anschlüsse verbunden mit demselben Knoten (40), jeweils zweite Anschlüsse verbunden mit der zweiten Versorgungsleitung (9) und einer Referenzpotentialleitung und jeweils miteinander und mit der ersten Versorgungsleitung (8) verbundene Steueranschlüsse aufweisen; ein Inverterelement (37) mit einem mit dem Knoten (40) verbundenen Eingang und, einem Ausgang; und einen dritten Transistor (38) mit einem ersten mit dem Steueranschluß der Schalteinrichtung (30) verbundenen Anschluß und einem mit dem Ausgang des Inverterelements (37) verbundenen Steueranschluß aufweist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (35) ein P-Kanal-MOS-Transistor ist; und daß der zweite und dritte Transistor (36, 38) N-Kanal-MOS-Transistoren sind.