KR100248351B1 - 저 손실 고전압 레벨 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저 손실 고전압(VPP) 레벨 검출기에 관한 것으로, 반도체 메모리 소자에서 사용되는 고전압 레벨 검출기 동작시 접지단으로 과다하게 흐르는 VPP전류 경로를 차단하여 약 40%의 소비량을 절감시키므로써, 소비전력을 감소시켜 저소비 전력형 VPP 레벨 검출기를 제시하는 효과가 있다.

Description

저 손실 고전압(VPP) 레벨 검출기

본 발명은 저 손실 고전압(VPP) 레벨 검출기에 관한 것으로, 반도체 메모리 소자에서 사용되는 고전압 레벨 검출기 동작시 접지단으로 누설되는 직류 전류를 제거하여 손실없는 VPP 레벨을 감지하도록 한 저 손실 고전압 레벨 검출기에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치에서는 디램 소자의 워드라인을 구동하거나 할때는 전원전압(VDD) 보다 더 높은 고 전압인 VPP 전압을 발생시켜 사용하고 있는데, 이러한 고전압을 발생시키는 회로에는 고전압의 레벨이 다운되게 되면 이를 검출하여 연속적으로 고전압을 펌핑하도록 제어하는 고전압 레벨 검출부분이 존재하는 바, 보편적인 고전압 발생기의 개략적인 설명을 하면 다음과 같다.

고전압 발생기는 크게 최종 출력된 고전압를 피드-백으로 입력받아 상기 고전압과 전원전압을 비교하여 고전압의 레벨 다운을 검출하는 전압 레벨 검출기 수단과, 상기 검출기 수단에서 출력된 값에 의해 일정 클럭을 발생시켜 고전압 펌핑 구동단을 제어하는 오실레이터 수단과; 상기 오실레이터 수단에서 출력된 클럭에 따라 펌핑 수단을 동작시켜 레벨 다운된 VPP 전압을 다시 정상적으로 펌핑되도록 하는 펌핑 구동 수단과; 상기 펌핑 구동 수단의 제어에 따라 전압을 펌핑하는 고전압 펌핑수단으로 나뉘어진다.

상기와 같은 고전압 발생기의 동작은 이미 공지의 사항이므로 상세 설명을 생략하며, 간략하게 서술해 보면 디램 소자에서 필요로 하는 고전압을 발생시켜 제공하고, 상기 발생된 전압을 재 검출하여 고전압의 레벨 다운을 판단하며, 판단결과 만약 레벨이 다운되었을 경우에는 펌핑 수단을 동작시켜 다운된 전압을 다시 상승시킨다.

이때 본 발명에서 다루고자 하는 종래 고전압 레벨 검출기에 대해 설명하면 제 1 도와 같이 도시할 수 있는 바, 고전압(VPP) 레벨과 전원전압(VDD) 레벨을 비교하는 전압 비교부(10)와, 상기 전압 비교부(10)의 출력에 따라 다음단(일반적으로 상기 오실레이터 수단이 다음단으로 연결된다)의 동작을 제어하는 전압 레벨 검출신호(VPPdet)를 출력하는 드라이버부(20)로 이루어진다.

상기 전압 비교부(10)는 고전위 전압(VPP)과, 전원전압(VDD)을 인가받는 복수개의 N-모스 트랜지스터(N1 ~ N3) 및 P-모스 트랜지스터(P1, P2)의 제 1 입력단과(11); 전원전압(VDD)을 인가받으며, 게이트단은 모드 접지단으로 연결된 다수개의 P-모스 트랜지스터(P3 ~ P6)의 제 2 입력단(12) 및; 상기 각각의 입력단(11, 12)에서 출력되는 전압차이에 따라 턴-온되어 이때 흐르는 전류를 접지로 흘러 보내는 비교단(13)으로 이루어진다.

상기 드라이버부(20)는 다수개의 인버터(INV1 ~ INV3)로 이루어진다.

상기와 같이 이루어진 종래 VPP 레벨 검출기의 동작 과정을 설명하면 고전압 발생기의 동작을 시작하면 VPP 전압이 N-모스 트랜지스터(N1)를 통해 흘러 노드 4까지 흐르게 되는데, 이때 상기 노드 4의 전압은 N-모스 트랜지스터(N1 ~ N3)들을 통과하면서 연속적으로 N-모스 트랜지스터의 문턱 전압(Vth)만큼 다운된 전압 값이다.

이때 전원전압(VDD)을 게이트단으로 인가받는 P-모스 트랜지스터(P1, P2)는 VPP 레벨이 VDD 레벨보다 낮을 경우 턴-오프되어 있다가 점점 펌핑 동작에 의해 VPP 레벨이 어느 순간 VDD 레벨보다 높아지게 되면 턴-온되어 VPP 전원이 흐르게 되므로써, 노드 1의 전압이 일정 레벨을 유지하다가 조금 증가하게 된다.

상기 노드 1의 전원은 다시 P-모스 트랜지스터(P2)를 통과하면서 상기 노드 4로 흐르게 되며 노드 4의 레벨은 상기 비교단(12) 내의 N-모스 트랜지스터(N4, N5)게이트단으로 입력되고, 이 전압이 N-모스 트랜지스터(N4, N5)의 문턱전압 보다 높아지면 N-모스 트랜지스터가 턴-온되어 이때 흐르는 모든 전류가 접지로 빠지게 된다.

여기서 상기 N-모스 트랜지스터(N5)에 흐르는 전류를 보면 이는 상기 제 2 입력단(12)에서 출력되는 VDD가 항상 인가되는 상태에서, VPP 레벨이 상기 VDD 레벨보다 높아지는 경우 턴-온되어 노드 5의 레벨을 '로우' 상태로 만든다.

따라서 상기 값은 드라이버부(20)를 통해 '하이' 값으로 출력되므로써 펌핑부의 동작을 멈추게 한다.

한편, 상기와 반대로 VPP 레벨이 낮아지면 노드 4의 레벨이 다운되기 때문에 비교단(13)내의 N-모스 트랜지스터(N5)가 턴-오프되어 노드 5의 레벨이 '하이'가 되며, 이에 따라 드라이버부(20)의 출력은 '로우' 값이 되어 펌핑부가 동작되도록 한다.

이상과 같은 동작을 요약해 보면 상기 VPP 레벨 검출기 수단은 VPP 레벨이 VDD 레벨 보다 높은 정상적인 상태이면 레벨 검출신호(VPPdet)로 '하이' 값을 출력하여 펌핑부의 동작을 멈추도록 하고, 반대로 VPP 레벨이 VDD 레벨 보다 낮아지면 '로우' 값을 출력하여 펌핑부가 동작하도록 하므로써, 상기 낮아진 VPP 전압을 다시 상승시킨다.

이상과 같은 원리로 동작되는 고전압 레벨 검출기는 상기에서도 언급한 바와 같이 고전압과 전원전압이 비교단(13)을 통해 접지로 흐르는 전류 경로가 생기기 때문에 필요 이상의 전류 소모가 생겨 소비 전력이 증가하는 문제가 있는 바, 이를 나타내는 전압, 전류 그래프가 제 2 도와 제 3 도에 도시되어 있다.

제 2 도는 종래 고전압 레벨 검출기 동작시 각 노드 별 변하는 전압량을 나타낸 그래프로, VPP 레벨 그래프와, VPP 레벨에서 문턱전압 만큼씩 다운된 노드 2와 노드 3의 전압 변화가 나타나 있고, VPP 레벨이 VDD 레벨보다 높을 경우 변화되는 노드 1과 노드 4의 전압 변화가 나타나 있으며, 전압 비교부의 최종 출력인 노드 5와 드라이버부의 최종 출력인 레벨 검출신호의 전압 변화가 나타나 있다.

제 3 도는 상기와 같은 전압 변화에 따른 각 트랜지스터의 전류 흐름을 나타낸 전류 그래프이다.

이처럼 종래 고전압 레벨 검출기는 고전압의 레벨 변화를 감지함에 있어서, 불필요한 전류가 소비되어 소비전력이 증가하는 문제점이 있고, 정확한 VPP 레벨을 감지하는 것도 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기에 기술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해, 고전압 레벨을 검출할 경우 접지단으로 흐르는 VPP 전류 경로를 차단하여 손실없는 VPP 레벨을 검출하도록 하는데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 고전압 레벨 검출기 회로도.

도 2는 도 1의 레벨 검출기 동작시 발생되는 전압 변화를 나타내는 그래프.

도 3은 도 1의 레벨 검출기 동작시 발생되는 전류 변화를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명에 의해 구현된 고전압 레벨 검출기 회로도.

도 5는 도 4의 레벨 검출기 동작시 발생되는 전압 변화를 나타내는 그래프.

도 6은 도 4의 레벨 검출기 동작시 발생되는 전류 변화를 나타내는 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 전압 비교부12 : 제 2 입력단

13 : 비교단14 : 입력 제어단

15 : 제 1 입력단20 : 드라이버부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제시한 고전압 레벨 검출기는 외부로부터 공급되는 고전압 및 전원전압의 전위를 비교하여 그 전위차에 따라 펌핑고둥 제어신호의 발생을 제어하는 전압 비교부와, 상기 전압 비교부로부터 잔달받은 펌핑구동 제어 신호를 버퍼링하여 오실레이터의 구동을 제어하는 드라이버부를 포함하는 고전압 레벨 검출기에 있어서;

상기 전압 비교부는 전원전압을 인가하는 제1 전원 입력단의 동작을 외부로부터 인가되는 고전압의 전위수준에 따라 제어하는 입력 제어단과,

상기 입력 제어단에서 출력된 값에 따라 동작되어 상기 고전압 인가단으로부터 접지단으로의 전류경로 형성을 차단하는 제 1 입력단과,

전원전압을 인가받아 최종 출력단으로 공급하는 제2 입력단과,

상기 제1 및 제2 입력단 각각의 출력단과 접지단 사이에 접속되며, 상기 제1 입력단의 출력단 전위에 따라 턴-온 제어되어 상기 최종 출력단 전위를 천이시키므로써 상기 고전압의 전위를 검출하는 전위 검출단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하며, 종래와 같은 블럭은 동일 부호를 부여하여 설명한다.

제 4 도는 본 발명에 의해 구현된 고전압 레벨 검출기 회로도로, 고전압(VPP) 레벨과 전원전압(VDD) 레벨을 비교하는 전압 비교부(10)와; 상기 전압 비교부(10)의 출력에 따라 다음단(일반적으로 상기 오실레이터 수단이 다음단으로 연결된다)의 동작을 제어하는 전압 레벨 검출신호(VPPdet)를 출력하는 드라이버부(20)로 이루어진다.

상기 전압 비교부(10)는 고전위 전압(VPP)을 드라인단과 게이트단으로 입력받으며, 소스단은 다음 트랜지스터의 드레인단으로 연속적으로 연결되는 다수개의 N-모스 트랜지스터(N6 ~ N8)로 이루어져, 전원전압을 인가하는 제 1 입력단의 동작을 제어하는 입력 제어단(14)과; 상기 입력 제어단(14)에서 출력된 값을 게이트단으로 입력받으며, 전원전압(VDD)을 드레인단으로 입력받고, 소스단은 다음 트랜지스터의 드레인단으로 연속적으로 연결되는 다수개의 N-모스 트랜지스터(N9 ~ N12)로 이루어져. 고전압의 접지단으로의 전류 경로를 차단하는 제 1 입력단과(15)과; 전원전압(VDD)을 인가받으며, 게이트단은 모드 접지단으로 연결된 다수개의 P-모스 트랜지스터(P3 ~ P6)의 제 2 입력단(12) 및; 상기 각각의 입력단(15, 12) 출력되는 전압을 비교하여 그 차이값을 출력하는 비교단(13)으로 이루어진다.

상기 드라이버부(20)는 다수개의 인버터(INV1 ~ INV3)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 고전압 레벨 검출기의 동작을 설명하면, 입력 제어단(14)의 N-모스 트랜지스터(N6 ~ N8)들을 통과한 VPP 레벨을 제 1 입력단(15)의 게이트단으로 입력되므로써, 비교단(13)의 N-모스 트랜지스터(N4)를 통해 접지단으로 빠지는 전류를 차단하는 바, VPP 레벨이 VDD 레벨보다 낮은 경우와 높을 경우를 설명하면 다음과 같다.

먼저 VPP 레벨이 VDD 레벨 보다 낮으면 상기 VPP 레벨에 의해 입력 제어단(14)에서 출력된 전류는 제 1 입력단(15) 내의 N-모스 트랜지스터(N9 ~ N12)를 턴-온 시키기에는 낮은 전압이므로 턴-오프된 트랜지스터에 의해 노드 12의 레벨은 '로우' 레벨이 된다.

이에 따라 비교단(13)의 N-모스 트랜지스터(N4, N5)는 모두 턴-오프되고, 제 2 입력단(12)으로 인가되는 전원전압(VDD)에 의해 노드 5의 레벨은 '하이' 값이 되며, 이 값을 입력받은 드라이버부(20)에서는 '로우' 값을 출력하여 펌핑부가 동작되도록 하므로써, 다운된 VPP 레벨을 다시 증가시키도록 한다.

반대로 상기와 같은 과정을 거쳐 VPP 레벨이 상승되 입력 제어단(14)에서 출력된 값이 제 1 입력단(15)내의 N-모스 트랜지스터(N9 ~ N11)들은 턴-온시키면 공급되는 전원전압에 의해 노드 12는 '하이' 값이 되고, 이에 따라 비교단(13) 내의 N-모스 트랜지스터(N4, N5)들이 턴-온되어 노드 5는 '로우' 레벨이 된다.

따라서 상기 '로우' 값을 입력받은 드라이버부(20)는 최종적인 레벨 검출 신호로 '하이' 값을 출력하므로써 펌핑부의 동작을 제어하여 펌핑이 일어나지 않도록 한다.

상기와 같은 원리에 의해 동작되는 본 발명의 고전압 레벨 검출기에서의 전압 변화와 이에 따른 전류량을 나타낸 그래프를 참조하여, 본 발명에 의해 감소된 소비전력을 알아보면 하기와 같다.

제 5 도는 발명의 고전압 레벨 검출기 동작시 노드 별 변하는 전압량을 나타낸 그래프로, VPP 레벨 그래프와, VPP 레벨에서 문턱전압 만큼씩 다운된 노드 6과 노드 7 및 노드 8의 전압 변화가 나타나 있고, VPP 레벨이 VDD 레벨보다 높을 경우 변화되는 각 노드(노드 4, 9, 10, 11)의 전압 변화가 나타나 있으며, 전압 비교부의 최종 출력인 노드 5와 드라이버부의 최종 출력인 레벨 검출신호의 전압 변화가 나타나 있다.

제 6 도는 상기와 같은 전압 변화에 따른 각 트랜지스터의 전류 흐름을 나타낸 전류 그래프이다.

이와 같은 그래프를 종래 그래프와 비교해 보면 전류 소비가 약 40% 정도 줄어들었음을 볼 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 종래 고전압 레벨 검출기에서 접지단으로 과다하게 흐르는 VPP전류 경로를 차단하여 약 40%의 소비량을 절감시키므로써, 소비전력을 감소시켜 저소비 전력형 VPP 레벨 검출기를 제시하는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (3)

1. 외부로부터 공급되는 고전압 및 전원전압의 전위를 비교하여 그 전위차에 따라 펌핑구동 제어신호의 발생을 제어하는 전압 비교부와, 상기 전압 비교부로부터 전달받은 펌핑구동 제어신호를 버퍼링하여 오실레이터의 구동을 제어하는 드라이버부를 포함하는 고전압 레벨 검출기에 있어서,

   상기 전압 비교부는 전원전압을 인가하는 제 1 입력단의 동작을 외부로부터 인기되는 고전압의 전위서준에 따라 제어하는 입력 제어단과;

   상기 입력 제어단에서 출력된 값에 따라 동작되어 상기 고전압 인가단으로부터 접지단으로의 전류경로 형성을 차단하는 제 1 입력단과;

   전원전압을 인가받아 최종 출력단으로 공급하는 제 2 입력단과

   상기 제1 및 제2 입력단 각각의 출력단과 접지단 사이에 접속되며, 상기 제1 입력단의 출력단 전위에 따라 턴-온 제어되여 상기 최종 출력단 전위를 천이시키므로써 상기 고전압의 전위를 검출하는 전위 검출단을 구비하는 것을 특징으로 하는 저 손실 고전압 레벨 검출기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 입력 제어단은 고전위 전압을 드레인단과 게이트단으로 입력받으며, 소스단은 다음 트랜지스터의 드레인단으로 연속적으로 연결되어, 최종 출력은 상기 제 1 입력단으로 출력되는 다수개의 모스 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 손실 고전압 레벨 검출기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 입력단은 상기 입력 제어단에서 출력된 값을 게이트단으로 입력받으며, 전원전압을 드레인단으로 입력받고, 소스단은 다음 트랜지스터의 드레인단으로 연속적으로 연결되는 다수개의 N-모스 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 저 손실 고전압 레벨 검출기.