Circuito desplazador de nivel de voltaje.

Un desplazador de nivel (200) para traducir una señal lógica con los niveles lógicos "1" y "0" que corresponden a los primeros niveles de voltaje alto y bajo,

controlados desde el circuito lógico (100) energizados mediante los primeros suministros de voltaje alto (VVD) y bajo (VSS), a una señal de salida con los segundos niveles de voltaje alto (VPP) y bajo (VBB), que comprende:

un primer circuito (202) que recibe el segundo suministro de voltaje alto para suministrar el segundo nivel de voltaje alto al primer nodo en respuesta al primer estado de la señal lógica;

un segundo circuito (204) que recibe un segundo suministro de voltaje bajo para suministrar el segundo nivel de voltaje bajo al segundo nodo en respuesta al segundo estado de la señal lógica;

un circuito que limita la corriente de corto (206) conectada a la señal de salida entre el primer nodo y el segundo nodo para limitar la corriente de corto entre el primer circuito (202) y el segundo circuito (204) durante el estado de transición de la señal lógica, el circuito que limita la corriente de corto (206) comprende

un primer circuito que limita la corriente (220) conectado a la señal de salida y en serie con el circuito de funcionamiento al segundo suministro de voltaje alto en el primer circuito (202), y un segundo circuito que limita la corriente (222) conectado a la señal de salida y en serie con el circuito de despliegue al segundo suministro de voltaje bajo en el segundo circuito (204),

caracterizado porque el primer y segundos circuitos limitantes de corriente (220, 222) son responsables de una señal lógica común (en) y en donde la señal lógica común (en) para controlar el circuito limitante de corriente de corto (206) se origina desde el circuito lógico (100).

Circuito desplazador de nivel de voltaje Campo Técnico La presente invención se relaciona de manera general con circuitos desplazadores de nivel. En particular, la 5 presente invención se relaciona con circuitos desplazadores de nivel de dos voltajes.

Información Antecedente Los circuitos desplazadores de nivel de voltaje son bien conocidos en la técnica por traducir, o convertir, las señales digitales controladas con un primer conjunto de suministros de voltaje a una señal controlada con un segundo conjunto de suministros de voltaje, en donde la salida de voltaje alta (o baja) es mayor (o menor) que aquella en el

primer conjunto de suministros de voltaje. El desplazamiento del nivel de voltaje se utiliza en sistemas donde los circuitos que operan con diferentes suministros de voltaje deben comunicarse entre sí.

Aquellos expertos en la técnica entenderán que la memoria de acceso aleatorio dinámica (DRAM) emplea convencionalmente desplazadores de nivel en los circuitos controladores de filas de un arreglo de memoria. Los circuitos controladores de filas en una memoria con transistores de celda n-canal preferiblemente controlan las filas con un voltaje por encima del voltaje de suministro de potencia lógico “1” (típicamente VDD) para maximizar la carga escrita y leída de las celdas DRAM que han tenido acceso. Las filas pueden ser además controladas a un nivel de voltaje por debajo del VSS para minimizar la corriente de fugas de las celdas DRAM.

La figura 1 es un esquema de un circuito que incluye un circuito desplazador de nivel de la técnica anterior que se utiliza para controlar las líneas en un DRAM a millones de voltaje por encima del VDD y por debajo del VSS. La Figura 1 incluye un circuito lógico 12, y un circuito desplazador de nivel 10 comprendido del transistor de paso ncanal 14, el transistor de paso p-canal 16, los transistores de acoplamiento mutuo p-canal 18 y 20, y los transistores n-canal de acoplamiento mutuo 22 y 24.

El circuito lógico 12 se muestra como una puerta NAND para recibir cualquier número y combinación de señales de dirección y de señales de control, y para suministrar una salida decodificada única. El circuito lógico 12 está 25 energizado mediante los suministros de voltaje VDD y VSS, y puede tener cualquier configuración de circuito conocida. La salida del circuito lógico 12 se divide en paralelo y pasa a través del transistor de paso n-canal 14 y el transistor de paso p-canal 16. El transistor de paso 14 tiene su puerta atada al VDD para aislar el circuito lógico 12 del voltaje VPP (anteriormente VDD) , mientras que el transistor de paso 16 tiene su puerta atada al VSS para aislar el circuito lógico 12 del voltaje negativo VBB (por debajo del VSS) . El drenador del transistor 16 se conecta a la puerta del transistor 24 y el drenador del transistor 22. El drenador del transistor 14 se conecta a la puerta del transistor 20 y el drenador del transistor 18. Así cuando la salida del circuito lógico 12 es VDD, ese nivel VDD se pasa a través del transistor 16 a los transistores de acoplamiento muto 22 y 24 de tal manera que el transistor 24 está prendido y el transistor 22 está apagado. En paralelo, el transistor 20 está apagado y el transistor 18 está prendido y la fila está en VBB.

Cuando la salida del circuito lógico 12 cambia de VDD a VSS, el nivel de VSS se pasa al nivel del transistor 14 a los transistores de acoplamiento mutuo 18 y 20 de tal manera que el transistor 20 comienza a prenderse y el transistor 18 comienza a apagarse. En paralelo, el elevamiento del voltaje de línea prende el transistor 22, lo que origina que el transistor de acoplamiento mutuo 24 sea apagado. El tamaño del despliegue lógico de la puerta 12 y el tamaño del transistor 14 deben ser suficientemente grandes para suministrar suficiente corriente para contrarrestar la corriente de funcionamiento del transistor 18 en la puerta del transistor 20. De manera similar, el tamaño del lógico del funcionamiento de la puerta 12 y el tamaño del transistor 16 deben ser suficientemente grandes para suministrar suficiente corriente para contrarrestar el desplegamiento del transistor 22 en la puerta del transistor 24 cuando la salida de la puerta lógica 12 cambia de VSS a VDD. Como los transistores 20 y 24 están conectados directamente a la fila, sus tamaños deben ser suficientemente largos para controlar la línea a tiempo. Los otros transistores en el

circuito de desplazamiento del nivel 10 y la puerta lógica 12 también debe ser de un tamaño suficientemente grande de tal manera que el circuito de desplazamiento de nivel 10 opere correctamente. Así la puerta lógica 12 y el circuito de desplazamiento de nivel 10 pueden requerir un área relativamente grande.

Adicionalmente, cuando el voltaje de línea se conmuta de VBB a VPP o de VPP a VBB, ocurrirá una corriente en corto en los transistores 20 y 24 y hay una senda de corriente directa desde el VPP al VBB durante un periodo breve 50 de tiempo.

La operación del desplazador de nivel 10 se puede mejorar si los transistores de paso 14 y 16 se fabrican con voltajes de umbral bajo. Sin embargo, en razón a que la fuga de corriente es un problema creciente en los procesos

semiconductores de geometría pequeña, esta solución puede no estar disponible para procesos de energía baja donde solamente se pueden fabricar los dispositivos de alto Vt.

Un segundo circuito de la técnica anterior para traducir una señal lógica VDNSS a una señal de línea de nivel VPP/VBB se muestra en la Figura 2. El circuito en la Figura 2 incluye un circuito lógico 32, un circuito de desplazamiento de nivel 30 para desplazar la salida del nivel VDDNSS del circuito lógico 32 al VPPNSS, un circuito de desplazamiento de nivel 31 para desplazar la salida del nivel VDDNSS del circuito lógico 32 al VDD/VBB, y los transistores de control de línea 42 y 50. El circuito difiere del circuito de la Figura 1 por que los transistores de control de línea 42 y 50 no son parte del circuito del desplazamiento de nivel, y porque hay dos desplazadores de nivel independientes separados utilizados para controlar las puertas de los transistores de control de línea 42 y 50. En razón a que una extra etapa se incluye en el circuito en la Figura 2, el circuito de desplazamiento de nivel 31 y 30 y el circuito lógico 32 pueden utilizar tamaños de dispositivo más pequeño que el circuito de puerta lógico 12 y el circuito de desplazamiento de nivel 10 en la Figura 1. Sin embargo, el tamaño de la conexión en serie del desplegamiento de la puerta lógica 32 y el dispositivo de paso 34 deben ser suficientemente grandes para contrarrestar la corriente de funcionamiento del transistor 38. De manera similar, el tamaño de la conexión en serie del funcionamiento en la puerta lógica 32 y el dispositivo de paso 36 deben ser suficientemente grandes para contrarrestar la corriente de desplegamiento del transistor 52.

La corriente de corto también es una preocupación en los circuitos de desplazamiento de nivel. Los tamaños del dispositivo más pequeños en el circuito de desplazamiento de nivel también dan como resultado un consumo de corriente en corto más baja. Los tamaños de los dispositivos de los circuitos del desplazamiento de nivel 30 y 31 en la Figura 2 pueden ser más pequeños que los tamaños del dispositivo en el desplazador de nivel en la Figura 1, y así contribuyen a la corriente de corto más pequeña; sin embargo existen dos circuitos de desplazamiento de nivel. Adicionalmente, la corriente de corto ocurrirá entre los dispositivos 42 y 50.

El documento US 2005/0212557 (Nagata) describe un circuito de conversión de nivel en el cual se transmite una señal de control a cada una de las unidades de control del controlador y un transistor de salida. El circuito propuesto por Nagata pretende evitar que la unidad de control del controlador y el transistor de salida opere al mismo tiempo con el objetivo de reducir los flujos de corriente directa, Sin embargo, las corrientes de corto existen aún en los circuitos enseñados por Nagata durante los estados de transición en la señal de salida.

Como lo puede entender cualquier persona experta en la técnica, la carga del circuito lógico responsable por cambiar el estado del circuito de desplazamiento de nivel puede afectar el desempeño de la activación de línea. Preferiblemente, las líneas son activadas rápidamente en respuesta a una dirección de hilera decodificada y/o señal de control. Adicionalmente, una carga mayor sobre aquella de circuito lógico puede requerir el uso de tamaños de dispositivo mayor tanto en el circuito lógico como en el desplazador de nivel, incrementando el área requerida. Los costos adicionales de un proceso de fabricación múltiple que podrían posibilitar... [Seguir leyendo]

1. Un desplazador de nivel (200) para traducir una señal lógica con los niveles lógicos “1” y “0” que corresponden a los primeros niveles de voltaje alto y bajo, controlados desde el circuito lógico (100) energizados mediante los primeros suministros de voltaje alto (VVD) y bajo (VSS) , a una señal de salida con los segundos niveles de voltaje alto (VPP) y bajo (VBB) , que comprende:

un primer circuito (202) que recibe el segundo suministro de voltaje alto para suministrar el segundo nivel de voltaje alto al primer nodo en respuesta al primer estado de la señal lógica;

un segundo circuito (204) que recibe un segundo suministro de voltaje bajo para suministrar el segundo nivel de voltaje bajo al segundo nodo en respuesta al segundo estado de la señal lógica;

un circuito que limita la corriente de corto (206) conectada a la señal de salida entre el primer nodo y el segundo nodo para limitar la corriente de corto entre el primer circuito (202) y el segundo circuito (204) durante el estado de transición de la señal lógica, el circuito que limita la corriente de corto (206) comprende un primer circuito que limita la corriente (220) conectado a la señal de salida y en serie con el circuito de funcionamiento al segundo suministro de voltaje alto en el primer circuito (202) , y un segundo circuito que limita la corriente (222) conectado a la señal de salida y en serie con el circuito de despliegue al segundo suministro de voltaje bajo en el segundo circuito (204) ,

caracterizado porque el primer y segundos circuitos limitantes de corriente (220, 222) son responsables de una señal lógica común (en) y en donde la señal lógica común (en) para controlar el circuito limitante de corriente de corto (206) se origina desde el circuito lógico (100) .

2. El desplazador de nivel (200) de la reivindicación 1, en donde la señal lógica común (en) es lógicamente derivada de la señal lógica.

3. El desplazador de nivel (200) de la reivindicación 1, en donde el primer circuito limitante de corriente (220) es un transistor p-canal, y el segundo circuito limitante de corriente (222) es un transistor n-canal.

4. El desplazador de nivel (200) de la reivindicación 1, en donde el primer circuito (202) incluye un circuito de despliegue (208) para descargar la puerta del primer transistor p-canal (212) al primer nivel de voltaje en respuesta al primer estado de la señal lógica, el primer transistor p-canal (212) se conecta al segundo suministro de voltaje alto, y un segundo transistor p-canal (210) conectado entre la puerta del primer transistor p-canal (212) y el segundo suministro de voltaje alto, la puerta del segundo transistor p-canal (210) se conecta a la señal de salida del desplazador de nivel para cargar la puerta del primer p-canal (212) al segundo nivel de voltaje alto en respuesta al segundo estado de la señal lógica.

5. El desplazador de nivel (200) de la reivindicación 1, en donde el segundo circuito (204) incluye:

un circuito de funcionamiento (214) para cargar la puerta de un primer transistor n-canal (218) del primer nivel de voltaje alto en respuesta al segundo estado de la señal lógica, el primer transistor n-canal (218) se conecta al segundo suministro de voltaje bajo, y

el segundo transistor n-canal (216) conectado entre la puerta del primer transistor n-canal (218) y el segundo suministro de voltaje, la puerta del segundo transistor n-canal (216) se conecta a la señal de salida del desplazador de nivel para cargar la puerta del primer n-canal (218) al segundo nivel de voltaje bajo en respuesta al primer estado de la señal lógica.

6. Un método para cambiar los primeros niveles de voltaje alto y bajo a segundos niveles de voltaje alto y bajo, los primeros voltajes alto (VDD) y bajo (VSS) están representados por una señal lógica de entrada con los niveles lógicos “1” y “0”, la señal lógica de entrada se suministra desde un proveedor de señal lógica (100) operado con los primeros voltajes alto y bajo, los segundos niveles de voltaje alto (VPP) y bajo (VBB) se representan mediante una señal lógica de salida, el método comprende:

suministrar el segundo nivel de voltaje alto (VPP) desde un primer proveedor de voltaje (202) a la señal de salida en respuesta a la primera señal en el primer nivel de voltaje bajo (VSS) , la primera señal es controlada por el primer nivel de voltaje bajo (VSS) en respuesta al primer estado de la señal lógica;

suministrar el segundo nivel de voltaje (VBB) desde un segundo proveedor de voltaje (204) a la señal de salida en respuesta a la segunda señal en el primer nivel de voltaje alto (VDD) , la segunda señal es controlada en el primer nivel de voltaje alto (VDD) en respuesta a un segundo estado de la señal lógica; y

caracterizada por

controlar la corriente entre el primer proveedor de voltaje (202) y el segundo proveedor de voltaje (204) durante un estado de transición de la señal lógica al limitar la corriente desde el primer proveedor de voltaje (202) en respuesta a un estado de una señal de entrada común y limitar la corriente desde el segundo proveedor de voltaje (204) en respuesta a otro estado de la señal lógica común (en) ,

en donde la señal lógica común (en) se origina del circuito lógico (100) .

7. El método de la reivindicación 6, en donde la señal lógica común se deriva lógicamente de la señal lógica de entrada.

Figura 3