KR0138713B1 - Reference voltage generator - Google Patents

Reference voltage generator

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KR0138713B1
KR0138713B1 KR1019940022728A KR19940022728A KR0138713B1 KR 0138713 B1 KR0138713 B1 KR 0138713B1 KR 1019940022728 A KR1019940022728 A KR 1019940022728A KR 19940022728 A KR19940022728 A KR 19940022728A KR 0138713 B1 KR0138713 B1 KR 0138713B1
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reference voltage
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김영석
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김주용
현대전자산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 메모리장치에 사용되어 비교회로들이 필요로 하는 기준전압을 공급하기 위한 기준전압 발생장치에 관한 것으로, 외부전원전압이 변함에 따라 변하는 저항값을 조절해 주기위해 CMOS를 사용하여 기준전압을 발생시킴으로써, 상기 외부전원전압이 변할때마다 따로 옵션(option)처리를 할 필요가 없도록 한 기준전압발생장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reference voltage generator for supplying a reference voltage required by a comparison circuit and used in a memory device. The present invention relates to a reference voltage generator that eliminates the need for an option process each time the external power supply voltage changes.

Description

기준전압 발생장치Reference voltage generator

제1도는 종래의 기준전압 발생장치의 회로도.1 is a circuit diagram of a conventional reference voltage generator.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 발생장치의 회로도.2 is a circuit diagram of a reference voltage generator according to an embodiment of the present invention.

제3도는 상기 제1도 및 제2도의 회로에서 발생하는 기준전압들의 외부전원전압에 대한 의존성을 나타낸 그래프도.3 is a graph showing the dependence of the reference voltages generated in the circuits of FIGS. 1 and 2 on the external power supply voltage.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

11:스타트 업 회로부12:기준전압 발생부11: Start-up circuit section 12: Reference voltage generation section

13:제1커런트 미러14:제2커런트 미러13: First Current Mirror 14: Second Current Mirror

15:가변저항15: variable resistance

본 발명은 메모리 장치에 사용되어 비교회로들이 필요로 하는 기준전압을 공급하기 위한 기준전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 외부전원전압이 변함에 따라 변하는 저항값을 조절해 주기위해 CMOS를 사용하여 기준전압을 발생시킴으로써, 상기 외부전원전압이 변할때마다 따로 옵션(option)처리를 할 필요가 없도록 한 기준전압 발생장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reference voltage generator for supplying a reference voltage required by a comparison circuit for a memory device. In particular, the present invention relates to a reference voltage using CMOS to control a resistance value that changes as an external power supply voltage changes. The present invention relates to a reference voltage generator that eliminates the need for option processing each time the external power supply voltage changes.

제1A도는 종래의 기준전압 발생장치의 한 예를 도시한 것으로, 스타트업 회로부(11)와, 기준전압 발생부(12)로 구성되며 상기 스타트 업 회로부(11)는 노드(N2)를 항상 Vcc-VTP이하로 유지시킴으로써 상기 기준전압 발생부(12)를 동작시킨다. 전원전압(Vcc)이 PMOS트랜지스터(MP3와 MP4)의 문턱전압(threshold voltage)만큼 전압강하되어 노드(N1)에 Vcc-2VTP가 전달되고, 상기 노드(N2)가 Vcc-VTP보다 높은 값을 가지면 PMOS트랜지스터(MP5)가 턴-온되어 상기 노드(N2)를 Vcc-VTP의 수준으로 전압강하시킨다. 전원이 공급되어 상기 기준전압 발생부(12)가 일단 동작되면 상기 노드(N2)는 Vcc-VTP보다 낮게 내려가지 않으므로 상기 스타트 업 회로부(11)는 역할을 안하게 된다.FIG. 1A shows an example of a conventional reference voltage generator, which is composed of a startup circuit 11 and a reference voltage generator 12. The startup circuit 11 is always connected to the node N2 by Vcc. The reference voltage generator 12 is operated by keeping it below -VTP. When the power supply voltage Vcc drops down by the threshold voltages of the PMOS transistors MP3 and MP4, Vcc-2VTP is transmitted to the node N1, and the node N2 has a higher value than Vcc-VTP. The PMOS transistor MP5 is turned on to drop the node N2 to the level of Vcc-VTP. When power is supplied and the reference voltage generator 12 is operated, the node N2 is not lowered than Vcc-VTP, so the start-up circuit 11 does not play a role.

한편, 상기 기준전압 발생부(12)의 PMOS트랜지스터(MP1과 MP2)는 같은 게이트-소오스 전압을 갖기 때문에 트랜지스터의 채널폭과 채널 크기를 같게 하면 상기 트랜지스터(MP1과 MP2)에 흐르는 전류는 같은 값을 갖게 된다.On the other hand, since the PMOS transistors MP1 and MP2 of the reference voltage generator 12 have the same gate-source voltage, when the channel width and channel size of the transistor are the same, the current flowing through the transistors MP1 and MP2 has the same value. Will have

NMOS트랜지스터(MN1 및 MN2)는 포화영역에서 동작하므로 다음식을 만족한다.Since the NMOS transistors MN1 and MN2 operate in the saturation region, the following equation is satisfied.

V1=VGS1=VGS2+IR1→ 식1V 1 = V GS1 = V GS2 + IR 1 → Equation 1

VGS1=VTN+(2I/β1)1/2→ 식2V GS1 = V TN + (2I / β 1 ) 1/2 → Equation 2

VGH2=VTH+(2I/β1)1/2→ 식3V GH2 = V TH + (2I / β 1 ) 1/2 → Equation 3

위의 식1, 식2, 식3을 연립하여 풀면 다음과 같이 V1을 구할 수 있다. 따라서 기준전압(V1는), V1=VTH+{(2/tox)/(R1·με)}(L1/W1)1/2[(L1/W1)1/2-(L2/W2)1/2] → 식4이다.By solving the above equations 1, 2, and 3 together, V1 can be obtained as follows. Therefore, the reference voltage (V1 is), V 1 = V TH + {(2 / tox) / (R 1 · με)} (L 1 / W 1 ) 1/2 [(L 1 / W 1 ) 1 / 2- (L 2 / W 2 ) 1/2 ] → Equation 4.

상기 식4에서, L1과 L2는 각각 MN1과 MN2의 채널 크기이고, W1과 W2는 각각 MN1과 MN2의 채널폭이며, tox는 게이트 산화물의 두께이고 μ와 ε는 각각 전자의 이동도와 게이트 산화물의 유전율을 나타낸다.In Equation 4, L 1 and L 2 are the channel sizes of MN1 and MN2, W 1 and W 2 are the channel widths of MN1 and MN2, tox is the thickness of the gate oxide, and μ and ε are the movements of electrons, respectively. And the dielectric constant of the gate oxide.

위의 식에서 보듯이 기준전압(V1)은 전원전압에 무관한 값을 갖게 된다.As shown in the above equation, the reference voltage V1 has a value independent of the power supply voltage.

제1b도는 상기 제1a도에 저항 R2를 첨가하여 상기 기준전압(V1)보다 IR2만큼 높은 기준전압을 발생시키기 위한 회로이며, 다음의 식5의 관계를 갖는다.FIG. 1B is a circuit for generating a reference voltage higher by IR 2 than the reference voltage V1 by adding a resistor R2 to FIG. 1A, and has a relationship as shown in Equation 5 below.

Vref1=V2+IR2→ 식5V ref1 = V 2 + IR 2 → equation 5

여기서, 식 5는 제1b도에서 피모스형 커런트 미러를 통해 흐르는 전류를 I라 하면, 오옴의 법칙에 의해 R2에는 IR2의 전압이 발생되고, Vref1은 V1과 IR2의 대수적 합으로 나타난다.Here, in Equation 5, when the current flowing through the PMOS-type current mirror in Fig. 1b is I, a voltage of IR 2 is generated in R 2 according to Ohm's law, and V ref1 is an algebraic sum of V 1 and IR 2 . Appears.

상기 종래의 기준전압 발생기를 사용하게되면, 외부전원전압이 변함에 따라 변화하는 저항값에 대처하기 위해 따로 고정저항을 설치해야 하는 문제점이 발생한다.When the conventional reference voltage generator is used, a problem arises in that a fixed resistor must be separately installed to cope with a resistance value that changes as the external power supply voltage changes.

따라서 본 발명의 목적은 외부전원전압의 변화에 무관하게 원하는 기준전압을 발생할 수 있는 기준전압 발생장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a reference voltage generator capable of generating a desired reference voltage regardless of a change in external power supply voltage.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 외부전원전압의 변화에 능동적으로 대응하는 가변저항을 사용하여 상기 기준전압 발생장치를 구현하였다.In order to achieve the above object, the present invention implements the reference voltage generator using a variable resistor that actively responds to a change in the external power supply voltage.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 발생장치의 회로도로써, 전원전압(Vcc)에 의해 제어되고 기준전압발생부에 전류를 전달 또는 방출하여 기준전압 발생을 제어하는 스타트 업 회로부(11)와, 전원전압 및 접지전압의 전위차에 따라 일정하게 값이 변하는 가변저항(15)을 포함하는 기준전압 발생부(12)를 구성된다.2 is a circuit diagram of a reference voltage generator according to an embodiment of the present invention, which is controlled by a power supply voltage Vcc and starts up circuit part 11 for controlling generation of a reference voltage by transmitting or discharging a current to the reference voltage generator. And a reference voltage generator 12 including a variable resistor 15 whose value is constantly changed in accordance with the potential difference between the power supply voltage and the ground voltage.

PMOS트랜지스터(MP16)는 선형 영역에서 동작하므로 채널의 저항은 식6과 같은 관계식을 갖는다.Since the PMOS transistor MP16 operates in the linear region, the resistance of the channel has a relation as shown in equation (6).

여기서, 상기 식6을 유도하면, 제2도의 피모스형 트랜지스터(MP16)는 Vds가 증가하면 Ids도 증가하는 비포화 선형영역에서 동작하므로,Here, if Equation 6 is derived, PMOS transistor MP16 of FIG. 2 operates in an unsaturated linear region where I ds also increases as V ds increases.

Vgs≥ VTP V gs ≥ V TP

Vds≤ Vgs-VTP V ds ≤ V gs -V TP

Ids=β[(Vgs-VTP)-Vds]Vds----------①I ds = β [(V gs -V TP ) -V ds ] V ds ---------- ①

의 관계를 만족한다.Satisfies the relationship.

상기 식 ①은Equation ① is

---------② --------- ②

와 같이 변형되며,Is transformed into

여기서,는 피모스형 트랜지스터(MP16)의 저항이므로, 상기 식 ②는here, Is the resistance of the PMOS transistor MP16,

----------③ ---------- ③

과 같이 쓸수 있다.Can be written as:

상기 식 ③을 정리하면,Summarizing the above equation ③,

----------④ ---------- ④

와 같이 쓸수 있다.Can be written as:

여기서, (Vgs-Vds)를 구해보면, 제2도에서 MP16의 게이트, 소오스, 드레인 전위를 각각 Vg, Vs, Vd라 하면,Here, when (V gs -V ds ) is obtained, the gate, source, and drain potentials of MP16 in FIG. 2 are V g , V s , and V d , respectively.

Vgs=Vg-Vs----------⑤V gs = V g -V s ---------- ⑤

Vds=Vdd-Vs----------⑥V ds = V dd -V s ---------- ⑥

의 관계를 만족하고, Vg=0V, Vs=Vref2, Vd=V1이므로, 식 ⑤와 식 ⑥은 각각,And satisfying the relation of, and V g = 0 V, V s = V ref2 , V d = V 1 ,

Vgs=-Vref2----------⑦V gs = -V ref2 ---------- ⑦

Vds=V1-Vref2----------⑧V ds = V 1- V ref2 ---------- ⑧

로 된다.It becomes

상기 식 ⑦ 및 식 ⑧을 연립하여 풀면, Vgs-Vds=-V1이 된다.When equations (7) and (8) are combined and solved, V gs -V ds = -V 1 .

여기서, 저항은 (+)이므로 (-)값은 무의미하다.Here, since the resistance is positive, the negative value is meaningless.

결국, Vgs-Vds=V1이 되어, 이를 상기 식 ④에 삽입하면,Eventually, if V gs -V ds = V 1 and insert it into the above equation ④,

를 유도할 수 있다.Can be derived.

여기서 β=― · ― 이다.Where β =-.

toxLt ox L

상기 VTP는 백 바이어스(back bias) 전위가 높아질수록 값이 커지므로 PMOS트랜지스터(MP16)의 저항은 전원전압에 비례하여 커지게 되고, 따라서 상기 PMOS트랜지스터(MP16)의 β값 즉 채널 크기와 폭을 조절함으로써 원하는 기준전압을 쉽게 얻을 수 있다.Since the value of V TP increases as the back bias potential increases, the resistance of the PMOS transistor MP16 increases in proportion to the power supply voltage. Thus, the β value of the PMOS transistor MP16, that is, the channel size and width, is increased. By adjusting, the desired reference voltage can be easily obtained.

여기서, 능동적으로 대응하는 가변저항이란 제2도의 피모스형 트랜지스터(MP16)(15)를 나타낸 것으로,에서 알 수 있는 바와 같이, β와 V1은 고정상수이고, RMP는 피모스형 트랜지스터의 문턱전압인 VTP의 변수이므로, 외부전압의 변화에 따라 피모스형 트랜지스터(MP16)의 저항값이 변하게 되어 가변저항의 역할을 한다.Here, the actively responding variable resistor refers to the PMOS transistor (MP16) 15 of FIG. As can be seen, since β and V 1 are fixed constants, and R MP is a variable of V TP which is the threshold voltage of the PMOS transistor, the resistance value of the PMOS transistor MP16 is changed according to the change of the external voltage. It changes and acts as a variable resistor.

제3도는 종래 및 본 발명의 회로에서 발생하는 기준전압의 전원전압에 대한 의존성을 나타낸 그래프도이다.3 is a graph showing the dependence of the reference voltage generated in the circuits of the prior art and the present invention on the power supply voltage.

상술한 바와 같이, 저항을 사용하는 종래의 기준전압 발생기에서는 외부전원전압이 다른 제품을 한 번의 설계로 구현하는 경우 저항값의 변화를 위해 따로 옵션 처리를 해야했으나 본 발명의 회로에서는 저항을 모스(CMOS)로 구현함으로써 출력할때 따로 옵션 처리를 할 필요가 없어졌다.As described above, in a conventional reference voltage generator using a resistor, when a product having a different external power supply voltage is implemented in a single design, an optional treatment is required to change the resistance value. CMOS implementation eliminates the need for optional processing on output.

Claims (3)

전원전압에 의해 동작하여 턴오프 방지를 위한 일정레벨 이하의 스타트 전위를 출력하는 스타트 업 회로와,A start-up circuit operated by a power supply voltage and outputting a start potential below a predetermined level for preventing turn-off; 전원전압 단자와 접지전압 단자 사이에 제1커런트 미러와 제2커런트 미러로 구성되고 상기 스타트 업 회로의 스타트 전위에 의해 구동되어 기준전압을 발생하는 기준전압발생수단을 포함하는 반도체 메모리 소자의 기준전압 발생장치에 있어서,A reference voltage of a semiconductor memory device comprising a reference voltage generating means composed of a first current mirror and a second current mirror between a power supply voltage terminal and a ground voltage terminal and driven by a start potential of the start-up circuit to generate a reference voltage; In the generator, 상기 기준전압발생수단내 제1커런트 미러와 제2커런트 미러 사이에 연결되어 외부전압의 변화에 비례하여 자동적으로 저항값이 변화하여 소정의 기준전압을 발생하는 가변저항을 추가하여 구성함을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 기준전압 발생장치.And a variable resistor connected between the first current mirror and the second current mirror in the reference voltage generating means to automatically change a resistance value in proportion to a change in an external voltage to generate a predetermined reference voltage. A reference voltage generator for a semiconductor memory device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가변저항은 모스 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 기준전압 발생장치.The variable resistor is a reference voltage generator of the semiconductor memory device, characterized in that provided using a MOS transistor. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 가변저항은 피모스형 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 기준전압 발생장치.The variable resistor is a reference voltage generator of the semiconductor memory device, characterized in that provided using a PMOS transistor.
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