CN116520929A - 带隙参考电路、时钟信号发生器和电力电路 - Google Patents

带隙参考电路、时钟信号发生器和电力电路 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种带隙参考电路、时钟信号发生器和电力电路。一种带隙参考电路包括具有不同温度系数的多个电流源、第一微调器和混合器。第一微调器将从所述多个电流源中的每一个单独输出的多个电流的电流量调节为彼此相等。所述混合器调节聚合比并基于所述聚合比组合所述多个电流。

Description

带隙参考电路、时钟信号发生器和电力电路
技术领域
本文描述的本公开的各种实施方式涉及半导体装置，并且更具体地，涉及能够在各种温度下产生参考电流或参考电压的设备。
背景技术
半导体装置可以被设计为即使在PVT方面发生改变也能稳定工作。这里，PVT(工艺、电压、温度)的改变(或变化)可以包括：工艺变化，工艺变化是其中由于半导体装置的制造中的原因而导致PMOS/NMOS晶体管的操作速度不同的现象；温度的改变，温度的改变是其中PMOS/NMOS晶体管的操作速度根据半导体装置内部的温度而变化的另一现象；以及电压变化，电压变化是其中PMOS/NMOS晶体管的操作速度根据提供给半导体装置的电压或电力而改变的另一现象。
带隙参考电路可以是模拟和数字系统中的一种重要组件，可以嵌入并用作参考电压源或参考电流源。模拟和数字系统的电源电压正在变的更低以获得更低的功耗，由于制造技术的发展，这是可行的。包括在模拟和数字系统中的带隙参考电路可以在低电压下操作以补偿温度的改变。
发明内容
本公开的实施方式可以提供通过补偿半导体装置内部的温度的改变来支持稳定操作的电路或装置。另外，在实施方式中，补偿温度的改变的半导体装置可以提供能够安全地保护和快速地处理存储在存储器装置中的数据的存储器系统或数据处理系统。
本公开的实施方式可以提供一种带隙参考电路、包括所述带隙参考电路的时钟信号发生器、包括所述带隙参考电路的电力电路、包括所述时钟信号发生器或所述电力电路的半导体装置、包括所述半导体装置的存储器系统以及包括所述存储器系统的数据处理设备。
在一个实施方式中，带隙参考电路可以包括具有不同温度系数的多个电流源；第一微调器，其被配置为将从所述多个电流源中的每一个单独输出的多个电流的电流量调节为彼此相等；以及混合器，其被配置为调节聚合比并基于所述聚合比组合所述多个电流。
所述多个电流源可以包括：第一电流源，该第一电流源被配置为减少所述多个电流中的第一电流的电流量；以及第二电流源，该第二电流源被配置为增加所述多个电流中的第二电流的电流量。
所述第一电流源可以包括多个二极管、多个二极管连接的晶体管或多个双极结型晶体管(BJT)。根据一个实施方式，第二电流源可以输出流动通过所述第一电流源中包括的具有不同尺寸的两个组件的电流之间的差作为第二电流。
所述第一微调器可以调节从所述第一电流源输出的所述第一电流的量。
所述带隙参考电路还可以包括比较器，该比较器被配置为将从所述多个电流源之一输出的第二电流与通过所述第一微调器输出的第一电流进行比较。可以基于所述比较器的比较结果在第一温度下监测由所述第一微调器针对所述多个电流的至少一个电流量执行的调节。
所述混合器可以在与所述第一温度不同的第二温度下将所述多个电流的电流量调节为彼此相等。混合器可以包括：第二微调器，其被配置为在所述第二温度下调节所述第一电流的电流量；第三微调器，其被配置为在所述第二温度下调节所述第二电流的电流量；以及组合器，其被配置为组合所述第二微调器和所述第三微调器的输出。
所述带隙参考电路还可以包括第四微调器，其被配置为基于预设参考来调节从所述混合器输出的电流的电流量。这里使用的关于参数(例如预设参考、预设时段、预设功能或目的、以及预设范围)的词语“预设”是指在过程或算法中使用参数之前确定参数的值。对于一些实施方式，在过程或算法开始之前确定参数的值。在其它实施方式中，在过程或算法期间但在过程或算法中使用参数之前确定参数的值。
在另一实施方式中，时钟信号发生器可以包括：带隙参考电路，其被配置为将从具有不同温度系数的多个电流源中的每一个单独输出的多个电流的电流量调节为彼此相等，调节聚合比，并且基于所述聚合比组合所述多个电流以输出组合电流作为参考电流；以及振荡器，其被配置为基于所述参考电流生成时钟信号。
所述多个电流源可以包括：第一电流源，该第一电流源被配置为减少所述多个电流中的第一电流的量；以及第二电流源，该第二电流源被配置为增加所述多个电流中的第二电流的电流量。
所述带隙参考电路可以包括：第一微调器，其被配置为根据所述第二电流的电流量来调节从所述第一电流源输出的所述第一电流的电流量；以及混合器，其被配置为调节聚合比并且基于所述聚合比来组合所述第一电流和所述第二电流。
所述带隙参考电路还可以包括比较器，该比较器被配置为将从所述多个电流源之一输出的第二电流与通过所述第一微调器输出的第一电流进行比较。可以基于所述比较器的比较结果在第一温度下监测由所述第一微调器针对所述多个电流的至少一个电流量执行的调节。
所述混合器可以在与所述第一温度不同的第二温度下将所述多个电流的电流量调节为彼此相等。所述混合器可以包括：第二微调器，其被配置为在所述第二温度下调节所述第一电流的电流量；第三微调器，其被配置为在所述第二温度下调节所述第二电流的电流量；以及组合器，其被配置为组合所述第二微调器和所述第三微调器的输出。
所述带隙参考电路还可以包括第四微调器，其被配置为基于预设参考来调节从所述混合器输出的电流的电流量。
在另一实施方式中，电力电路可以包括：带隙参考电路，其被配置为将从具有不同温度系数的多个电压源中的每一个单独输出的多个电压的电压电平调节为彼此相等，调节聚合比，并且基于所述聚合比组合所述多个电压以输出组合电压作为参考电压；以及调节器，其被配置为接收外部电源电压以基于所述参考电压生成内部电源电压。
所述多个电压源可以包括：第一电压源，该第一电压源被配置为减小所述多个电压中的第一电压的电压电平；以及第二电压源，该第二电压源被配置为增大所述多个电压中的第二电压的电压电平。
所述带隙参考电路可以包括：第一微调器，其被配置为根据所述第二电压的电压电平来调节从所述第一电压源输出的所述第一电压的电压电平；以及混合器，其被配置为调节聚合比，并且基于所述聚合比来组合所述第一电压和所述第二电压。
所述带隙参考电路还可以包括比较器，该比较器被配置为将从所述多个电压源之一输出的第二电压与通过所述第一微调器输出的第一电压进行比较。可以基于所述比较器的比较结果在第一温度下监测由所述第一微调器对所述多个电压中的至少一个电压执行的调节。
所述混合器可以在与所述第一温度不同的第二温度下将所述多个电压的电压电平调节为彼此相等。所述混合器可以包括：第二微调器，其被配置为在所述第二温度下调节所述第一电压的电压电平；第三微调器，其被配置为在所述第二温度下调节所述第二电压的电压电平；以及组合器，其被配置为组合所述第二微调器和所述第三微调器的输出。
所述带隙参考电路还可以包括第四微调器，其被配置为基于预设参考来调节从所述混合器输出的电压的电压电平。
所述电力电路还可以包括电压传感器，该电压传感器被配置为监测所述内部电源电压的电压电平是否低于预设电平。
附图说明
这里的描述参考了附图，其中，在整个附图中相同的附图标记指代相同的部件。
图1示出了根据本公开的实施方式的存储器系统。
图2示出了根据本公开的另一实施方式的半导体装置。
图3示出了根据本公开的另一实施方式的时钟信号发生器。
图4描述了图3中所示的时钟信号发生器的操作。
图5示出了图3中所示的电流源。
图6示出了包括具有不同温度趋势的多个电流源的参考电流产生器。
图7描述了图6中所示的参考电流产生器的操作。
图8描述了图6中所示的参考电流产生器的温度特定特性。
图9描述了对图6中所示的参考电流产生器的温度的改变的补偿根据制造工艺中的改变而变化。
图10示出了根据本公开的另一实施方式的时钟信号发生器。
图11示出了图10中所示的参考电流产生器的示例。
图12示出了图10中所示的参考电流产生器的另一示例。
图13示出了与图10中所示的参考电流产生器的操作中的温度的改变相对应的效果。
具体实施方式
下面参照附图描述本公开的各种实施方式。然而，本公开的元件和特征可以被不同地配置或布置以形成其它实施方式，其可以是所公开的实施方式中的任何一个的变型。
在本公开中，对包括在“一个实施方式”、“示例性实施方式”、“实施方式”、“另一实施方式”、“一些实施方式”、“各种实施方式”、“其它实施方式”、“替代实施方式”等中的各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)的引用旨在表示任何这样的特征包括在本公开的一个或更多个实施方式中，但是可以或可以不必被组合在相同的实施方式中。
在本公开中，术语“包括”、“包含”、“具有”和“含有”是开放式的。如所附权利要求中所使用的，这些术语指定了存在所述元件，并且不排除存在或添加一个或更多个其它元件。权利要求中的术语并不排除设备包括附加组件(例如，接口单元、电路等)。
在本公开中，可以将各种单元、电路或其它组件描述或要求保护为“被配置为”执行一个或更多个任务。在这种情况下，“被配置为”用于通过指示块/单元/电路/组件包括在操作期间执行一个或更多个任务的结构(例如，电路)来表示结构。这样，即使当指定的块/单元/电路/组件当前不工作(例如，未被接通或激活)时，块/单元/电路/组件可以被认为是被配置为执行任务。与“被配置为”语言一起使用的块/单元/电路/组件包括硬件，例如电路、存储可执行以实现操作的程序指令的存储器等。另外，“被配置为”可以包括由软件和/或固件操纵从而以能够执行所讨论的任务的方式操作的通用结构(例如，通用电路)(例如，FPGA或执行软件的通用处理器)。“被配置为”还可以包括调整制造工艺(例如，半导体制造设施)以制造实现或执行一个或更多个任务的装置(例如，集成电路)。
如在本公开中使用的，术语“电路”或“逻辑”指的是以下所有内容：(a)仅硬件电路实现(例如仅模拟和/或数字电路中的实现)以及(b)电路和软件(和/或固件)的组合，例如(如适用)：(i)处理器的组合或(ii)处理器/软件(包括数字信号处理器)的部分、软件和存储器，它们一起工作以使诸如移动电话或服务器的设备执行各种功能，以及(c)电路，诸如微处理器或微处理器的一部分，即使软件或固件在物理上不存在，电路也需要软件或固件来操作。“电路”或“逻辑”的定义适用于本申请中(包括在任何权利要求中)的该术语的所有使用。作为另一示例，如本申请中所使用的，术语“电路”或“逻辑”还覆盖仅处理器(或多个处理器)或处理器的一部分及其(或它们的)伴随的软件和/或固件的实现。术语“电路”或“逻辑”还覆盖，例如并且如果适用于特定权利要求要素，用于存储装置的集成电路。
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”、“第三”等用作术语之后的名词的标签，并且不暗示任何类型的排序(例如，空间、时间、逻辑等)。术语“第一”和“第二”不一定意味着第一值必须写在第二值之前。此外，尽管在此可以使用术语来标识各种元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件与否则将具有相同或相似名称的另一元件区分开。例如，可以将第一电路与第二电路区分开。
此外，术语“基于”用于描述影响确定的一个或多个因素。该术语不排除可能影响确定的其它因素。即，确定可以仅基于那些因素或至少部分地基于那些因素。例如，短语“基于B确定A”。虽然在这种情况下，B是影响A的确定的因素，但是这样的短语并不排除A的确定也基于C。在其它实例中，A可仅基于B来确定。
这里，数据的项、数据项、数据条目或数据的条目可以是比特序列。例如，数据项可以包括文件的内容、文件的一部分、存储器中的页、面向对象程序中的对象、数字消息、数字扫描图像、视频或音频信号的一部分、元数据或可以由比特序列表示的任何其它实体。根据实施方式，数据项可以包括离散对象。根据另一实施方式，数据项可以包括两个不同组件之间的传输分组内的信息单元。
现在将参考附图描述本公开的实施方式，其中相同的附图标记指代相同的元件。
图1示出了根据本公开的实施方式的存储器系统。
参照图1，存储器系统10可以包括控制器30和存储器装置50。此外，存储器系统10可以包括时钟信号发生器20。
根据实施方式，存储器装置50和控制器30可以是包括在单个芯片或单个板中的功能分离的组件。此外，根据另一实施方式，存储器装置50和控制器30可以通过一个半导体装置芯片或多个半导体装置芯片来实现。根据另一实施方式，在需要以高集成度制造存储器系统10的情况下，可以在单个半导体装置芯片中实现存储器装置50和控制器30。
控制器30和存储器装置50可以通过至少一个数据路径联接。例如，数据路径可以包括信道CH[0:N]或通路。另外，数据路径可以配置有多条线路以同时发送/接收多个数据项。控制器30可以控制和管理用于将数据存储在存储器装置50中或输出存储在存储器装置50中的数据的操作。
存储器装置50可以包括多个非易失性存储器单元或多个易失性存储器单元。存储器装置50可以包括包含多个存储器单元的至少一个管芯。存储器装置50可以包括用于执行与控制器30的数据通信的数据发送/接收电路。例如，控制器30和存储器装置50可以支持用于数据发送的开放式NAND闪存接口(ONFi)、切换模式等。例如，ONFi可以使用包括能够支持8位或16位数据项的双向发送/接收的信号线的数据路径(例如，信道、通路等)。控制器30和存储器装置50之间的数据通信可以通过异步单数据速率(SDR)、同步双数据速率(DDR)和切换双数据速率(DDR)中的至少一个的接口来执行。
时钟信号发生器20可以将时钟信号CLK供应到控制器30及存储器装置50中。根据实施方式，时钟信号发生器20可以从外部装置接收时钟信号，然后调制或修改所接收的时钟信号以输出时钟信号CLK。根据另一实施方式，当在不从外部装置接收时钟信号的情况下电力施加时，时钟信号发生器20可以产生并输出时钟信号CLK。参照图1，时钟信号发生器20与控制器30分离。然而，根据另一实施方式，时钟信号发生器20可以包括在控制器30中。
时钟信号CLK可以用作用于在控制器30和存储器装置50中执行操作的参考。例如，当控制器30向存储器装置50发送数据时，可以响应于时钟信号CLK每周期发送数据，或者可以每半周期发送数据。当存储器装置50执行操作以读取或存储数据时，可以基于时钟周期(例如，3个周期、4个周期、……、10个周期等)来设置用于操作的操作裕量(operationmargin)。时钟信号CLK可以影响存储器系统10中执行的操作的裕量或速度、操作的激活或去激活等。
存储器系统10是一种半导体装置，其可以受工艺、电压和温度(PVT)中的变化或改变的影响。在实施方式中，为了使存储器系统10即使在PVT中发生改变或变化的情况下也能稳定地操作，从时钟信号发生器20输出的时钟信号CLK即使在PVT中发生改变的情况下也应该是稳定且一致的。为了生成稳定的时钟信号CLK，在一个实施方式中，时钟信号发生器20可以包括带隙参考电路22和振荡器24。
在一个实施方式中，带隙参考电路22可以输出参考电流或参考电压，参考电流或参考电压用于即使在PVT中发生改变的情况下也生成稳定且一致的时钟信号CLK的。振荡器24可以基于从带隙参考电路22输出的参考电流或参考电压来输出具有预设周期的时钟信号CLK。将在后面参照图3和图10描述时钟信号发生器20的内部配置和操作。
图2示出了根据本公开的另一实施方式的半导体装置。
参照图2，半导体装置芯片60可以包括用于执行特定功能的电气元件和电路。半导体装置芯片60可以包括多个引脚或焊盘，并且可以通过多个引脚或焊盘接收或输出电源电压、数据项、命令或各种控制信号。半导体装置芯片60中包括的电路或电气元件可以根据设计目的而变化，并且半导体装置芯片中包括的多个引脚或焊盘的数量也可以根据设计而变化。例如，图1中所示的存储器系统10、存储器装置50或控制器30可以在半导体装置芯片60中实现。
可以根据预设的功能或目的来使用多个引脚或焊盘。例如，当多个引脚或焊盘中的特定引脚或焊盘被设置为用于数据输入/输出时，对应于数据项的电信号(例如，特定电压范围内的电位或波形)被传输到对应的引脚或焊盘。此外，当电源电压被提供给特定引脚或焊盘时，特定引脚或焊盘可以用于接收用于包括在半导体装置芯片60中的内部组件的操作的电源电压。
在一个实施方式中，可以开发满足用户需求的诸如存储器系统或处理器的半导体装置，从而以更高速度操作并且消耗更少的电力。半导体装置芯片60可以包括多个电路或模块以执行各种功能。当在多个不同的半导体装置芯片中形成执行多个功能的多个电路、模块或组件时，在多个不同的半导体装置芯片的电路、模块或组件之间传送数据和信号的过程中可能发生延迟和噪声，使得存储器系统或处理器的操作性能可能劣化。在一个实施方式中，半导体装置芯片60可以被设计为包括各种电路、模块或组件，从而提高半导体装置的性能并提高半导体装置的集成度。
由于在单个半导体装置芯片60中包括多个电路、模块或组件，所以半导体装置芯片60内部的电负载的变化可能增加。参照图2，可以通过包括在半导体装置芯片60中的多个引脚或焊盘来提供电源电压VCC和接地电压VSS，以操作包括在半导体装置芯片60中的多个电路、模块或组件。半导体装置芯片60可以包括输出内部电源电压VCCI和内部接地电压VSSI的电力电路(power circuit)80，以及由内部电源电压VCCI和内部接地电压VSSI驱动的组件70。电力电路80可以基于通过至少一个引脚或焊盘提供的外部电源电压VCCE和外部接地电压VSSE来生成内部电源电压VCCI和内部接地电压VSSI。
电力电路80可以包括电压调节器82和电压传感器84。电压调节器82可以用于向诸如存储器系统10的电子装置提供稳定的电力。通常，电压调节器82可以分类为线性调节器和开关调节器。开关调节器的示例可以是DC-DC转换器。尽管DC-DC转换器可以具有高转换效率，但是与线性调节器的输出电压相比，DC-DC转换器的输出电压可能包括很多噪声。线性调节器的示例可以是低压差(low-dropout，LDO)调节器。在一个实施方式中，LDO调节器可以具有低转换效率。但是，在另一实施方式中，LDO调节器可以具有快速的响应速度。在一个实施方式中，与DC-DC转换器的输出电压相比，LDO调节器的输出电压可以包括更少量的噪声。在一个实施方式中，LDO调节器可以应用于噪声敏感装置或应当以高性能驱动的装置。例如，在一个实施方式中，可以补偿DC-DC转换器的缺点的LDO调节器可以应用于以高速操作的存储器系统10。电压调节器82可以基于外部电源电压VCCE输出内部电源电压VCCI。
根据一个实施方式，图2中描述的组件70可以包括图1中所示的存储器装置50。例如，包括非易失性存储器单元的存储器装置50可以包括多个存储块和电压供应电路。根据通过存储块和电压供应电路执行的操作，组件70的电负载可以变化。此外，根据一个实施方式，组件70可以包括控制器30中所包括的至少一个模块或电路。当由于组件70的结构或操作而发生过载或过电流时，可能发生内部电源电压VCCI或内部接地电压VSSI的改变。
电压传感器84可以检测内部电源电压VCCI或内部接地电压VSSI的改变。由于组件70的操作，可能发生内部接地电压VSSI在半导体装置芯片60内部的特定位置处改变或波动的现象。可以基于内部接地电压VSSI和内部电源电压VCCI之间的电压差来确定供应到组件70中的电力。然而，当内部接地电压VSSI不保持在0V的电平而是在-500mV至500mV或更大的范围内波动或改变时，供应到组件70中的电力可能超出预设范围。
当电压调节器82与内部接地电压VSSI的波动无关地产生内部电源电压VCCI时，即使从电压调节器82被适当地输出，内部电源电压VCCI的电平也可能不能以预设范围供应到组件70中。例如，当电压调节器82基于外部接地电压VSSE输出5V的内部电源电压VCCI而内部接地电压VSSI变为1V时，基于内部电源电压VCCI和内部接地电压VSSI之间的电压差，供应到组件70的电力是4V的电压。实质上，在一个实施方式中，当4V的电压被供应到半导体装置芯片60的组件70中时，组件70的操作可能变得不稳定。
根据实施方式的电压调节器82可以响应于内部接地电压VSSI产生内部电源电压VCCI。例如，电压调节器82可以基于独立于外部电源电压VCCE的改变的参考电压Vref和由组件70与环境相关地改变或波动的内部接地电压VSSI的和来输出内部电源电压VCCI。这里，环境改变可以包括半导体装置芯片60中的工艺、电压和温度的改变或变化(例如，工艺-电压-温度(PVT)变化)。例如，电压调节器82可以包括能够对参考电压Vref和内部接地电压VSSI求和的加法器电路。在基于参考电压Vref和内部接地电压VSSI之和输出内部电源电压VCCI的过程中，电压调节器82可以跟踪内部接地电压VSSI的变化，并将内部电源电压VCCI稳定地供应到组件70中。
参照图2，即使PVT改变也能够输出稳定的内部电源电压VCCI的电压调节器82可以包括带隙参考电路92和调节器91。例如，在一个实施方式中，即使PVT发生改变，带隙参考电路92也可以输出具有稳定电平的参考电压Vref，并且调节器91可以基于从带隙参考电路92输出的参考电压Vref来输出内部电源电压VCCI。
根据一个实施方式，诸如电力电路80的设备可以应用于包括非易失性存储器装置50的存储器系统10。此外，根据另一实施方式，电力电路可以应用于易失性存储器装置或包括易失性存储器装置的存储器系统。电力电路80还可以应用于为特定目的而设计的处理器、系统IC等。
图3示出了根据本公开的另一实施方式的时钟信号发生器。
参照图3，时钟信号发生器100可以包括张弛振荡器(relaxation oscillator)，以生成参考图1描述的存储器系统10中使用的时钟信号CLK。张弛振荡器可以生成诸如三角波信号等的非正弦波信号，而不是诸如方波信号之类的正弦波信号。例如，当内部电源电压VCCI被施加到时钟信号发生器100时，电流I可以流过使能装置150和电流源110，从而可以在连接到电容器C 140的节点处生成振荡电压VOSC。
比较器120可以将振荡电压VOSC与参考电压VREF进行比较，以输出比较结果。响应于比较器120的比较结果，确定复位信号Reset。使能装置150可以通过复位信号Reset而关断或接通。另外，比较器120的比较结果被输入到触发器(F/F)130的时钟端子CK。因为触发器(F/F)130的输入端子D和输出端子QN通过反馈环彼此连接，所以触发器(F/F)130可以响应于比较器120的比较结果反复地反转输出结果。例如，触发器(F/F)130的输出结果MCCK可以反复地从逻辑低电平变为逻辑高电平，或反之亦然。输出结果MCCK可以用作时钟信号CLK。
图4描述了图3中所示的时钟信号发生器的操作。
参照图3和图4，当提供内部电源电压VCCI时，电流可以流过与使能元件150和电流源110对应的路径。当电流流动时，可以对电容器140充电。随着电容器140充入电荷，振荡电压VOSC的电平改变。
比较器120可以比较振荡电压VOSC和参考电压VREF。参考电压VREF具有稳定且恒定的电压电平，但是振荡电压VOSC的电平变化。当振荡电压VOSC的电平改变并且变得低于参考电压VREF的恒定电压电平时，比较器120可以改变比较器120的比较结果。比较器120的比较结果作为复位信号Reset可以控制使能装置150。当使能装置150通过复位信号Reset而关断时，振荡电压VOSC的电平可以由于电容器140中充入的电荷而增大，并且变得高于参考电压VREF的电平。当比较器120的比较结果改变时，复位信号Reset改变。当提供内部电源电压VCCI并且使能装置150接通时，振荡电压VOSC的电平再次改变。
复位信号Reset被施加到触发器(F/F)130的时钟端子CK，并且触发器(F/F)130可以响应于复位信号Reset将输出结果MCCK反转。触发器(F/F)130的输出结果MCCK可以用作时钟信号CLK。
图5示出了图3中所示的电流源。
在一个实施方式中，包括在图3中描述的时钟信号发生器100中的张弛振荡器的结构即使在温度改变的情况下也能产生稳定(或规则)的振荡电压VOSC。为此，时钟信号发生器100可以具有用于补偿根据温度的改变的内部电阻改变的电路或结构，以产生固定(或恒定)的电压或电流而不管温度改变如何。
设置在内部电源电压VCCI和接地电压之间的电流源110中包括的电阻可以如参照图5描述的那样表示。设置在内部电源电压(VCCI)和接地电压之间的电流源110或其它装置的电阻可以被认为是第一电阻器R1、基于工艺的改变的变量(W/L)2和第二电阻器R2。例如，W和L的变化可以由光刻工艺引起。这些变化不相关，因为W在场氧化物步骤中确定，而L在多晶(poly)和源极/漏极扩散步骤中定义。比较器120可以将由设置在内部电源电压VCCI和接地电压之间的电流源110改变的振荡电压VOSC与从带隙参考电路22输出的参考电压VREF进行比较。
第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻可以根据温度的改变而变化。为了减小由温度的改变造成的影响，可以通过包括在带隙参考电路22中的第三电阻器R3的电阻来确定针对温度的改变的补偿值。
对于时钟信号发生器20中的振荡器24，可以监测或检查根据温度的改变的第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻的改变。例如，可以在不同温度(例如，70度、60度、50度、40度等)下计算第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻。在一个实施方式中，基于在保证包括时钟信号发生器100的存储器系统10稳定操作的温度范围内的不同温度下计算的电阻，可以确定针对温度的改变的补偿值。在一个实施方式中，如果存储器系统10应能够在零下30摄氏度(-30℃)至100摄氏度(100℃)的温度范围内稳定地执行操作，则可以将对应的温度范围划分为至少一个预设范围，并且可以跟踪在至少一个预设范围内根据温度改变的补偿值。在一个实施方式中，当确定了反映所获得的补偿值的第三电阻器R3时，时钟信号发生器100即使在温度改变的情况下也能产生稳定的时钟信号CLK。
图6示出了包括具有不同温度趋势的多个电流源的参考电流产生器。
参照图6，参考电流产生器160可以包括具有不同温度系数的多个电流源。多个电流源可以包括具有不同电流密度m1、m2、m3、m4的多个组件。栅极-源极电压VGS2可由可变电阻器调节。例如，由参考电流产生器160产生的两个电流可以包括第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT。例如，Widlar电流源可以用作用于产生第一电流(I_PTAT)的电流源，并且具有对电源电压电平的改变不敏感的趋势，但是可以具有与温度成比例的特性(例如，与绝对温度成比例，称为PTAT)。此外，作为用于产生第二电流I_CTAT的电流源的恒定电流源电路具有对电源电压电平的改变不敏感的趋势，但是具有与绝对温度互补(CTAT)的特性。通过将响应于温度的改变具有不同特性的第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT相加，可以调节根据温度的改变的趋势。参照图7描述如何调节根据温度的改变的趋势的示例。
图7描述了图6中所示的参考电流产生器的操作。
参照图7，当由参考电流产生器160生成的第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT可以通过各种加权来调节时，可以获得取决于温度的改变的不同结果。
在图7中，描述了四个示例。首先，通过将第一电流I_PTAT乘以4获得的值和第二电流I_CTAT乘以0获得的另一值相加，可以获得根据第一选项Opt0的第一结果。通过将第一电流I_PTAT乘以3获得的值和第二电流I_CTAT乘以1获得的另一值相加，可以获得根据第二选项Opt1的第二结果。通过将第一电流I_PTAT乘以2获得的值和第二电流I_CTAT乘以2获得的另一值相加，可以获得根据第三选项Opt2的第三结果。通过将第一电流I_PTAT乘以1获得的值和第二电流I_CTAT乘以3获得的另一值相加，可以获得根据第四选项Opt3的第四结果。可以存在根据第一选项Opt0至第四选项Opt3的第一结果至第四结果与X点相交的温度Tcross。根据第一选项Opt0至第四选项Opt3的第一结果至第四结果相交的温度Tcross可以被认为是第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT具有相同量(即，I_PTAT＝I_CTAT)的温度。
参考电流产生器160可以同时执行第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的相加以及曲率校正，从而可以减少包括在参考电流产生器160中的运算放大器和电流镜的数量。当运算放大器和电流镜的数量减少时，可以减少用于制造参考电流产生器160的工艺的改变。然而，当根据第一选项Opt0至第四选项Opt3的第一结果至第四结果相交的温度Tcross根据工艺的改变不恒定时，在一个实施方式中，可能难以将参考电流产生器160嵌入半导体装置或存储器系统中。为了克服这个问题，在一个实施方式中，可以在参考电流产生器160中包括可变电阻器。
图8描述了图6中所示的参考电流产生器的温度特定特性。
参照图8，由参考电流产生器产生的第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的量彼此相等(例如，12μA)时的温度Tcross可以为50度(50℃)。此后，参考电流产生器工作的环境的温度可以改变。根据温度的改变(例如，70度(70℃)的不同温度)而调节的第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的组合ISUM可以为约10μA。基于在50度(50℃)下第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT和在70度(70℃)下第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT之间的差，可以估计针对温度的改变的趋势。此后，参考电流产生器工作的环境的温度可以再次改变(例如，零下10度，-10℃)。在不同的温度(-10℃)下，可以确定用于第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的调节的补偿值。
当在操作环境中监测或检查多个温度下的补偿值并且针对温度的改变的趋势可以恒定时，与在监测或检查多个温度下的补偿值之后温度的改变的趋势不恒定时相比，参考电流产生器可以容易地产生即使在温度改变的情况下也具有恒定量的参考电流。这是因为参考电流产生器可能难以产生即使在温度改变的情况下也具有恒定量的参考电流。
如图7所示，在一个实施方式中，即使在参考电流产生器中可以包括可变电阻器以抵消温度的改变，当针对温度的改变的趋势不恒定时，可能难以产生即使在温度改变的情况下也具有恒定量的参考电流。此外，对应于温度的改变的补偿值可以由于参考电流产生器的工艺(例如，制作或制造工艺)的改变而变化。
图9描述了对图6中所示的参考电流产生器的温度的改变的补偿根据制造工艺中的改变而变化。
参照图9，在设计和制造参考电流产生器时，可以估计针对温度的改变的补偿值。例如，参考电流产生器可被设计为使得第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的量在特定温度(例如，70度)下等于10μA。然而，第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的量可能由于参考电流产生器的工艺(例如，制作或制造工艺)的改变而不同于设计值。
为了应用补偿值，可以微调(trim)第一电流I_PTAT或第二电流I_CTAT的量。例如，在制造参考电流产生器之后，第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的量可以在不同的温度(例如，50度)下彼此相等(例如，12μA)。在另一示例中，在制造参考电流产生器之后，第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的量可以在另一温度(例如70度)下彼此相等(例如11μA)。在另一示例中，在制造参考电流产生器之后，第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的量可以在另一温度(例如90度)下彼此相等(例如8μA)。由于参考电流产生器的工艺(例如，制作或制造工艺)的改变，可能发生在目标温度下未获得设计量的各种上述情况。
因此，在本公开的实施方式中，参考电流产生器可以具有用于响应于温度的改变精确地设置补偿值的结构。在一个实施方式中，该结构用于准确地反映关于第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的针对温度的改变的趋势。在该实施方式中，参考电流产生器可以包括用于使第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的量相等的第一微调器或调节装置，用于在将第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT组合之前调节第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的权重的第二微调器或调节装置，以及用于调节第一电流I_PTAT和第二电流I_CTAT的组合电流的量的第三微调器或调节装置。
图10示出了根据本公开的另一实施方式的时钟信号发生器。
参照图10，时钟信号发生器300可以包括与图3中描述的时钟信号发生器100中包括的组件类似的一些组件。时钟信号发生器300可以使用张弛振荡器来生成在参照图1描述的存储器系统10等中使用的时钟信号CLK。例如，当内部电源电压VCCI被施加到时钟信号发生器300时，电流可以流过使能元件350和第一电流源IPC1310。可以在连接到电容器C 340的节点处产生振荡电压VOSC。
比较器320可以将振荡电压VOSC与参考电压VREF进行比较，以输出比较结果。使能元件350可以通过与从比较器320输出的比较结果相对应的复位信号Reset而关断或接通。此外，比较器320的比较结果可以输入到触发器(F/F)330的时钟端子CK。因为触发器(F/F)330的输入端子D和输出端子QN通过反馈环彼此连接，所以触发器(F/F)330可以响应于比较器320的比较结果反复地反转输出结果。例如，触发器(F/F)330的输出结果CK可以反复地从逻辑低电平变为逻辑高电平，或反之亦然。输出结果CK可以用作时钟信号CLK。
时钟信号发生器300可以包括参考电压产生器360，参考电压产生器360产生输入到比较器320的参考电压VREF。参考电压产生器360可以包括位于内部电源电压VCCI和接地电压之间的电阻器R和第二电流源IPC2。参考图11描述参考电压产生器360的详细配置。
图11示出了图10中所示的参考电流产生器的示例。
参照图11，参考电流产生器360a可以包括具有不同温度系数的多个电流源410、420，每个电流源产生不同的电流。第三电流源410可以产生第三电流ICTAT，其具有对电源电压的电平不敏感且与绝对温度互补(CTAT)的特性。第四电流源420可以产生第四电流IPTAT，其具有对电源电压的电平不敏感且与绝对温度成比例(PTAT)的特性。例如，每个电流源可以包括联接在电源电压和接地电压之间的至少一个二极管、二极管连接的晶体管或双极结型晶体管(BJT)。在一个实施方式中，第三电流源410和第四电流源420可以各自包括对于温度改变具有不同特性的至少一个二极管、二极管连接的晶体管或双极结型晶体管(BJT)。例如，包括在第三电流源410和第四电流源420中的组件可以具有不同的尺寸。
参考电流产生器360a可以包括调节第三电流ICTAT的量的第一微调器430。第一微调器430可以通过向第三电流ICTAT应用第一权重W1来将第三电流ICTAT的量调节为在第一温度下等于第四电流IPTAT的量。例如，对应于参考电流产生器360a的设计，第一微调器430可以反映在第一电流I_PTAT与第二电流I_CTAT的量相同的温度Tcross处的补偿值。
参考电流产生器360a可以包括比较器440，比较器440将通过第一微调器430输出的第三电流ICTAT与从第四电流源420输出的第四电流IPTAT进行比较。比较器440可以比较第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的量以输出比较结果CR。比较结果CR可以用作用于确认在第一温度下通过第一微调器430输出的第三电流ICTAT的调节是否完成的指标或标志。
此外，参考电流产生器360a可以包括混合器450，混合器450能够对第三电流ICTAT和第四电流IPTAT进行组合或求和。混合器450可以包括组合器480，组合器480用于对第三电流ICTAT和第四电流IPTAT进行组合或求和。同时，混合器450在不同于第一温度的第二温度下并不简单地将第三电流ICTAT和第四电流IPTAT彼此组合或相加。在混合器450中，可以将不同的第三权重(例如，W3、1-W3)单独地施加到第三电流ICTAT和第四电流IPTAT，使得经调节的第三电流IPTAT和经调节的第四电流IPTAT的量彼此相等。对于这些调节，混合器450可以包括能够在第二温度下调节第三电流ICTAT的量的第二微调器460和能够在第二温度下调节第四电流IPTAT的量的第三微调器470。然后，可以将第三电流ICTAT和第四电流IPTAT进行组合。
根据一个实施方式，第二微调器460和第三微调器470可以确定以什么比率来组合第三电流ICTAT和第四电流IPTAT(例如，第三电流ICTAT和第四电流IPTAT将在第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的组合电流ISUM中占什么比率)。例如，如果第二微调器460将第三电流ICTAT的比例调整为70％(W3)，则第三微调器470可以将第四电流IPTAT的比例调整为30％(＝100％-70％)(1-W3)。在另一示例中，当第二微调器460将第三电流ICTAT的比例调整为45％时，第三微调器470可以将第四电流IPTAT的比例调整为55％(＝100％-45％)。
参考电流产生器360a可以包括第四微调器490，第四微调器490用于响应于温度的改变来调节从混合器450输出的第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的组合电流ISUM。根据一个实施方式，第四微调器490可以通过向组合电流ISUM应用第二权重W2来在不同于第一温度和第二温度的第三温度下调节第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的组合电流ISUM。时钟信号发生器300可以将从第四微调器490输出的电流用作参考电流IREF。因此，从第四微调器490输出的电流可以具有适合于时钟信号发生器300的恒定电流量。例如，当时钟信号发生器300被设计为基于参考电流IREF的预设电流量产生时钟信号时，从第四微调器490输出的电流可以具有该预设电流量。
如上所述，参考电流产生器360a可以包括用于将第三电流ICTAT和第四电流IPTAT调节为具有相同的量来补偿温度的改变的第一微调器430，并且可以在对第三电流ICTAT与第四电流IPTAT进行组合或求和的过程中根据第三电流ICTAT与第四电流IPTAT的比较结果将不同的权重K1和K2应用到第三电流ICTAT和第四电流IPTAT。此外，参考电流产生器360a可以进一步调节第三电流ICTAT与第四电流IPTAT的组合电流ISUM以补偿温度的改变。在一个实施方式中，图11中描述的参考电流产生器360a可以通过三步调节输出即使在温度改变和工艺改变的情况下也具有恒定量的参考电流IREF，从而可以向时钟信号发生器300提供更精确的参考电流IREF。
图12示出了图10中所示的参考电流产生器的另一示例。
参照图12，参考电流产生器360b可以执行关于第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的三步调节。在第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的调节TRIM_I、TRIM_II、TRIM_III的三个步骤中，可以独立地确定在每个步骤中应用的放大率(magnification)1:K1、1:K2、1:K3。例如，第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的放大率1:K1、1:K2、1:K3可以在不同的操作环境(例如，不同的温度)中针对每个步骤不同地调节。放大率1:K1、1:K2、1:K3可以通过对参考电流产生器360b的操作的测试而预先确定。这里，K1、K2和K3可以是正数。当K1、K2或K3小于1时，可以调节第三电流ICTAT或第四电流IPTAT以减小其量。或者，当K1、K2或K3大于1时，可以调节第三电流ICTAT或第四电流IPTAT的量以增大其量。在一个实施方式中，通过补偿温度的改变，从参考电流产生器360b输出的输出电流IOUT可以具有恒定的量。
图13示出了与图10中所示的参考电流产生器的操作中的温度的改变相对应的效果。
参照图13，示出了参考电流产生器360a、360b中关于根据温度的改变的补偿的三步调节的效果。首先，可以在制作或制造参考电流产生器360a、360b之后检查或监测根据温度的改变的特性或趋势。例如，关于根据温度的改变的第一特性，在特定温度(例如，50度)下，第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的量相同(例如，12μA)。
通过调节第三电流ICTAT的量的第一步调节(I)，可以在不同的温度下检查参考电流产生器360a、360b关于温度的改变的特性。例如，在一个温度(例如70度)下，第三电流ICTAT和第四电流IPTAT可以具有13μA的相同量。
此后，通过将不同权重应用到第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的第二步调节(II)，参考电流产生器360a、360b可以针对温度的改变调节第三电流ICTAT和第四电流IPTAT。例如，在温度(例如70度)下，可以使第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的量等于10μA。
此后，通过第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的组合电流ISUM的第三步调节(III)，参考电流产生器360a、360b可以针对温度的改变调节第三电流ICTAT和第四电流IPTAT。例如，在零下10摄氏度(-10℃)下，可以将第三电流ICTAT和第四电流IPTAT的组合电流ISUM调节为10μA。
通过上述三步调节I、II、III，参考电流产生器可以在工作温度的范围(例如，零下10度至70度)内输出10μA的组合电流ISUM。
在一般的参考电流产生器中，检查在多个温度下的操作特性，确定在多个温度下的补偿值，并且补偿值原样用于补偿温度的改变。然而，根据本公开的实施方式，三步调节可以通过监测或检查参考电流产生器在几个代表性采样温度下的操作特性来确定针对较大温度范围内的改变的补偿值。因此，在该实施方式中，用于在数十个或数百个不同温度下检查或监测参考电流产生器的操作特性的测试可以不是必需的。在一个实施方式中，可以减少参考电流产生器的测试时间，因为可以不执行在工作温度范围内的数十个或数百个不同温度下的测试。
如上所述，根据本公开实施方式的半导体装置可以补偿低电源电压环境中的温度的改变。
根据本公开的实施方式的半导体装置可以支持存储器系统或数据处理系统以执行稳定的数据输入/输出操作，即使存储器系统或数据处理系统内部的温度发生改变或波动。
虽然已经针对特定实施方式说明和描述了本教导，但是根据本公开，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。此外，可以组合这些实施方式以形成附加实施方式。
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2022年1月20日提交的韩国专利申请No.10-2022-0008446的权益，其全部公开内容通过引用合并在本文中。

Claims (20)

1.一种带隙参考电路，所述带隙参考电路包括：
多个电流源，所述多个电流源包括不同温度系数；
第一微调器，所述第一微调器将从所述多个电流源分别输出的多个电流的电流量调节为彼此相等；以及
混合器，所述混合器调节聚合比并基于所述聚合比组合所述多个电流。
2.根据权利要求1所述的带隙参考电路，其中，所述多个电流源包括：
第一电流源，所述第一电流源在温度升高时减小所述多个电流中的第一电流的电流量；以及
第二电流源，所述第二电流源在温度升高时增大所述多个电流中的第二电流的电流量。
3.根据权利要求2所述的带隙参考电路，其中，所述第一电流源包括多个二极管、多个二极管连接的晶体管或多个双极结型晶体管，并且
所述第二电流源输出流动通过所述第一电流源中包括的具有不同尺寸的两个组件的电流之间的差作为第二电流。
4.根据权利要求2所述的带隙参考电路，其中，所述第一微调器调节从所述第一电流源输出的所述第一电流的量。
5.根据权利要求1所述的带隙参考电路，所述带隙参考电路还包括：
比较器，所述比较器将从所述多个电流源中的一个输出的第二电流与通过所述第一微调器输出的第一电流进行比较，
其中，基于所述比较器的比较结果在第一温度下监测由所述第一微调器针对所述第一电流的电流量执行的调节。
6.根据权利要求5所述的带隙参考电路，其中，所述混合器在与所述第一温度不同的第二温度下将所述多个电流的电流量调节为彼此相等，并且
其中，所述混合器包括：
第二微调器，所述第二微调器在所述第二温度下调节所述第一电流的电流量；
第三微调器，所述第三微调器在所述第二温度下调节所述第二电流的电流量；以及
组合器，所述组合器组合所述第二微调器和所述第三微调器的输出。
7.根据权利要求1所述的带隙参考电路，所述带隙参考电路还包括：
第四微调器，所述第四微调器基于预设参考来调节从所述混合器输出的电流的电流量。
8.一种时钟信号发生器，所述时钟信号发生器包括：
带隙参考电路，所述带隙参考电路将从具有不同温度系数的多个电流源分别输出的多个电流的电流量调节为彼此相等，调节聚合比，并且基于所述聚合比组合所述多个电流以输出组合电流作为参考电流；以及
振荡器，所述振荡器基于所述参考电流生成时钟信号。
9.根据权利要求8所述的时钟信号发生器，其中，所述多个电流源包括：
第一电流源，所述第一电流源在温度升高时减小所述多个电流中的第一电流的电流量；以及
第二电流源，所述第二电流源在温度升高时增大所述多个电流中的第二电流的电流量。
10.根据权利要求9所述的时钟信号发生器，其中，所述带隙参考电路包括：
第一微调器，所述第一微调器根据所述第二电流的电流量来调节从所述第一电流源输出的所述第一电流的电流量；以及
混合器，所述混合器调节聚合比并且基于所述聚合比来组合所述第一电流和所述第二电流。
11.根据权利要求10所述的时钟信号发生器，其中，所述带隙参考电路还包括：
比较器，所述比较器将所述第二电流与由所述第一微调器调节的所述第一电流进行比较，
其中，基于所述比较器的比较结果在第一温度下监测由所述第一微调器针对所述第一电流执行的调节。
12.根据权利要求11所述的时钟信号发生器，其中，所述混合器在与所述第一温度不同的第二温度下将所述多个电流的电流量调节为彼此相等，并且
其中，所述混合器包括：
第二微调器，所述第二微调器在所述第二温度下调节所述第一电流的电流量；
第三微调器，所述第三微调器在所述第二温度下调节所述第二电流的电流量；以及
组合器，所述组合器组合所述第二微调器和所述第三微调器的输出。
13.根据权利要求10所述的时钟信号发生器，其中，所述带隙参考电路还包括：
第四微调器，所述第四微调器基于预设参考来调节从所述混合器输出的电流的电流量。
14.一种电力电路，所述电力电路包括：
带隙参考电路，所述带隙参考电路将从具有不同温度系数的多个电压源分别输出的多个电压的电压电平调节为彼此相等，调节聚合比，并且基于所述聚合比组合所述多个电压以输出组合电压作为参考电压；以及
调节器，所述调节器接收外部电源电压以基于所述参考电压生成内部电源电压。
15.根据权利要求14所述的电力电路，其中，所述多个电压源包括：
第一电压源，所述第一电压源减小所述多个电压中的第一电压的电压电平；以及
第二电压源，所述第二电压源增大所述多个电压中的第二电压的电压电平。
16.根据权利要求15所述的电力电路，其中，所述带隙参考电路包括：
第一微调器，所述第一微调器根据所述第二电压的电压电平来调节从所述第一电压源输出的所述第一电压的电压电平；以及
混合器，所述混合器调节聚合比，并且基于所述聚合比来组合所述第一电压和所述第二电压。
17.根据权利要求16所述的电力电路，其中，所述带隙参考电路还包括：
比较器，所述比较器将所述第二电压与由所述第一微调器调节的所述第一电压进行比较，
其中，基于所述比较器的比较结果在第一温度下监测由所述第一微调器针对所述第一电压执行的调节。
18.根据权利要求17所述的电力电路，其中，所述混合器在与所述第一温度不同的第二温度下将所述多个电压的电压电平调节为彼此相等，并且
其中，所述混合器包括：
第二微调器，所述第二微调器在所述第二温度下调节所述第一电压的电压电平；
第三微调器，所述第三微调器在所述第二温度下调节所述第二电压的电压电平；以及
组合器，所述组合器组合所述第二微调器和所述第三微调器的输出。
19.根据权利要求16所述的电力电路，其中，所述带隙参考电路还包括：
第四微调器，所述第四微调器基于预设参考来调节从所述混合器输出的电压的电压电平。
20.根据权利要求14所述的电力电路，所述电力电路还包括：
电压传感器，所述电压传感器监测所述内部电源电压的电压电平是否低于预设电平。
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