KR100265047B1 - 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 전류 공급비에 비례하여 발생되는 파워라인의 노이즈를 제어하기 위하여 각 펌프 구동신호의 주파수를 서로 상이하게 만들어 펌프 구동회로에 인가시키므로서 시간축상에서 파워라인의 노이즈가 중첩되는 것을 방지한 것으로, 종래에는 동일한 주파수와 서로 다른 위상을 갖는 펌프 구동신호를 만들어 사용하는 관계로 칩 내부에서 위상이 Shift되면 결국 Current Noise의 Peak치가 발생되었다. 이에 본 발명은 상기한 바와 같은 기존의 문제점을 해소시키기 위하여 창안된 것으로 각 펌프 구동신호 발생회로를 서로 상이하게 구성하여 주파수를 달리하므로서 파워라인의 노이즈 스펙트럼을 분산하여 노이즈를 감소시킨 것이다.

Description

반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치

본 발명은 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 각 펌프 구동신호의 주파수를 서로 상이하게 만들어 사용하므로써 각 펌프 구동신호의 고조파 성분을 분산시켜 파워라인의 노이즈를 감소시킨 직류전압 발생장치에 관한 것이다.

메모리 장치에서 On Chip Generator에 의해 어떤 DC(직류) 전압을 얻는 경워 DC 전압 발생기의 전류 공급비에 비례하여 파워라인에 노이즈를 유발시킨다.

도 1은 종래의 On Chip Generator 중 VPP Generator(Positive Pump Voltage Generator)를 예로 나타낸 것으로, VPP 전압을 감지하는 VPP 레벨 감지기와, 감지신호를 수신하여 발진신호를 출력하는 링 발진기와, 링 발진기 출력신호(ROS)를 수신하여 펌프0 구동신호(PS0), 펌프1 구동신호(PS1), 펌프2 구동신호(PS2), 펌프3 구동신호(PS3)를 각각 출력하는 펌프0 구동신호 발생부(10), 펌프1 구동신호 발생부(20), 펌프2 구동신호 발생부(30), 펌프3 구동신호 발생부(40)와, 상기 펌프 구동신호를 각각 수신하여 펌프를 구동하는 펌프0 구동부, 펌프1 구동부, 펌프2 구동부, 펌프3 구동부와, 상기 펌프 구동부에 의해 VPP 전압을 출력하는 펌프0, 펌프1, 펌프2, 펌프3으로 구성된다.

여기서, 펌프 구동신호를 여러개로 하는 것은 VPP 펌프 동작시 파워라인에 미치는 노이즈(Noise)를 최소화하기 위한 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 VPP 전압 발생장치에 있어서, 각 펌프 구동신호에 대한 주파수 파형을 (b), (c), (d), (e)에 각각 나타내었다.

(a)는 링 발진기에서 출력되는 링 발진기 출력신호(ROS)에 대한 파형을 나타낸 것이다.

펌프0 구동신호 발생부(10) 내지 펌프3 구동신호 발생부(40)에서 출력되는 펌프0 구동신호(PS0) 내지 펌프3 구동신호(PS3)의 파형을 살펴보면, 동일한 주파수를 가지며 다만 위상이 다르게 나타나있다.

즉, 상기 펌프0 구동신호 발생부(10) 내지 펌프3 구동신호 발생부(40)는 동일한 주파수와 서로 상이한 위상을 갖는 펌프 구동신호를 출력한다.

이는 파워라인에서 노이즈를 최소화하기 위한 것으로, 펌프 구동신호를 만들어 시간차를 주므로서, Current Noise가 중첩되어 파워라인에 Peak치가 발생하는 것을 피하기 위한 것이다.

그러나, 종래에 있어서는 도 5a의 52에 도시된 바와 같이 주파수측면에서 보면 동일한 고조파 노이즈 성분을 가지고 있으므로 칩 내부 어디에선가는 위상이 Shift되어 결국 커런트 노이즈(Current Noise)의 피크치(Peak)를 발생시키는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점을 해소시키기 위하여 창안된 것으로 각 펌프 구동신호의 주파수를 다르게 하여 파워라인의 위상이 쉬프트된 포인트에서도 피크 커런트 발생을 억제하여 파워라인의 노이즈를 감소시키기 위한 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 VPP 전압 발생 구성도 및 펌프 구동신호의 파형도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 VPP 전압 발생 구성도 및 펌프 구동신호의 파형도.

도 3a는 T-F/F으로 이루어진 상기 도 2의 각 펌프 구동신호 발생회로에 대한 블럭도.

도 3b는 상기 도 3a의 각 T-F/F에 대한 상세회로도.

도 4a는 상기 도 1의 펌프 구동회로의 피크 전류 레벨 분포도.

도 4b는 상기 도 2의 펌프 구동회로의 피크 전류 레벨 분포도.

도 5a는 상기 도 1의 펌프 구동회로의 노이즈 성분에 의한 주파수 스펙트럼 분포도.

도 5b는 상기 도 2의 펌프 구동회로의 노이즈 성분에 의한 주파수 스펙트럼 분포도.

〈도면의주요부분에대한부호의설명〉

10 : 펌프0 구동신호 발생부 20 : 펌프1 구동신호 발생부

30 : 펌프2 구동신호 발생부 40 : 펌프3 구동신호 발생부

12 : 제1 티-플립플롭 14 : 제2 티-플립플롭

16 : 제3 티-플립플롭 18 : 제4 티-플립플롭

52 : 29번째 각 펌프 구동신호의 고조파 성분에 노이즈가 집중된 상태

62, 64, 66, 68 : 각 펌프 구동신호의 노이즈 스펙트럼이 4, 9. 17, 29 고조파 성분에 분산된 상태

ROS : 링 발진기 출력신호 PS0 : 펌프0 구동신호

PS1 : 펌프1 구동신호 PS2 : 펌프2 구동신호

PS3 : 펌프3 구동신호

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직류전압 발생장치는 출력되는 직류전압을 감지하여 링 발진기를 통해 각 펌프 구동부를 구동하는 펌프 구동신호를 출력하는 다수개의 펌프 구동신호 발생수단을 포함하는 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치에 있어서;

파워라인의 노이즈를 감소시키기 위하여,

상기 펌프 구동신호 발생수단이 각각 상이한 주파수를 갖는 펌프 구동신호를 출력할 수 있도록 상이한 회로구성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 VPP 전압 발생 구성도 및 펌프 구동신호의 파형도로서, 구성은 상기 도 1과 동일하므로 이에 대한 구성관계는 약하기로 한다.

(a), (b), (c), (d), (e)는 링 발진기 출력신호(ROS)와 각 펌프 구동신호 발생부의 출력인 펌프0 구동신호(PS0), 펌프1 구동신호(PS1), 펌프2 구동신호(PS2), 펌프3 구동신호(PS3)의 주파수 파형을 나타낸다.

도 3a 및 도 3b는 상기 도 2의 각 펌프 구동신호 발생부와 출력되는 각 펌프 구동신호를 나타낸 것으로, 도 3a는 링 발진기 출력신호(ROS)를 수신하여 펌프0 구동신호(PS0)를 출력하는 제1 티-플립플롭(12)과, 상기 펌프0 구동신호(PS0)를 수신하여 펌프1 구동신호(PS1)를 출력하는 제2 티-플립플롭(14)과, 상기 펌프1 구동신호(PS1)를 수신하여 펌프2 구동신호(PS2)를 출력하는 제3 티-플립플롭(16)과, 상기 펌프2 구동신호(PS2)를 수신하여 펌프3 구동신호(PS3)를 출력하는 제4 티-플립플롭(18)으로 구성된다.

도 3b는 상기 티-플립플롭에 대한 회로도를 나타낸 것으로, T 입력단과 D 출력단 신호를 수신하는 제1 낸드 게이트와, 상기 제1 낸드 게이트 출력신호를 반전시키는 제1 인버터와, T 입력단과 제2 노아 게이트 출력신호를 수신하는 제2 낸드 게이트와, 상기 제2 낸드 게이트 출력신호를 반전시키는 제2 인버터와, 상기 제1 인버터 출력신호와 상기 제2 노아 게이트 출력신호를 수신하여 논리연산된 값을 D 출력단으로 내보내는 제1 노아 게이트와, 상기 제2 인버터 출력신호와 상기 D 출력단 신호를 수신하여 논리연산된 값을 상기 제1 노아 게이트 일측 입력단자로 출력하는 제2 노아 게이트로 구성된다.

상기한 구성을 갖는 본 발명은 링 발진기 출력신호(ROS)를 이용하여 주파수가 서로 다른 펌프 구동신호를 만들어낸다.

즉, (a)의 링 발진기 출력신호(ROS) 보다 펄스폭이 2배인 (b)의 펌프0 구동신호(PS0)를 펌프0 구동신호 발생부(10)를 통하여 만들어내고, (b)의 펌프0 구동신호(PS0)를 이용하여 상기 펌프0 구동신호(PS0) 보다 펄스폭이 2배인 (c)의 펌프1 구동신호(PS1)를 펌프1 구동신호 발생부(20)를 통하여 만들어내고, (c)의 펌프1 구동신호(PS1)를 이용하여 상기 펌프1 구동신호(PS1) 보다 펄스폭이 2배인 (d)의 펌프2 구동신호(PS2)를 펌프2 구동신호 발생부(30)를 통하여 만들어내며, (d)의 펌프2 구동신호(PS2)를 이용하여 상기 펌프2 구동신호(PS2) 보다 펄스폭이 2배인 (e)의 펌프3 구동신호(PS3)를 펌프3 구동신호 발생부(40)를 통하여 만들어낸다.

이는 도 3a 및 도 3b의 회로를 통하여 가능하다.

즉, 펌프0 구동신호 발생부(10)는 티-플립플롭 한개를 사용하며, 펌프1 구동신호 발생부(20)는 2개의 티-플립플롭을 직렬연결하여 구성된다.

마찬가지로, 펌프2 구동신호 발생부(30)는 티-플립플롭 3개를 직렬로 사용하고, 펌프3 구동신호 발생부(40)는 티-플립플롭 4개를 직렬로 사용하여 구성한다.

즉, 본 발명은 링 발진기의 출력신호를 티-플립플롭에 가하면 티-플립플롭 하나를 지날 때마다 펄스폭은 2배로 증가한다.

따라서, 각 펌프 구동신호의 주파수는 각각 2배씩 차이가 난다.

On Chip Generator가 갖는 피크 커런트 노이즈는 L=di/dt 이므로 파워라인의 임피던스에 따라 시간축의 노이즈는 분산되고 파워라인의 경로에 따라 다른 위상을 갖고 도달하게 된다.

따라서, 위상차만을 사용하여 시간 경로를 다르게하는 종래에 있어서는 도 4a에서와 같이 피크 커런트 레벨이 분산되는 것과 같이 보이지만 이것은 결국 도 5a에서와 같이 동일한 고조파 성분을 갖게 되므로 파워라인에 피크 노이즈를 유발시키게 된다.

본 발명은 도 2 및 도 3a, 도 3b에서와 같이 펌프 구동신호의 주파수를 변경시키므로써 도 4b에서와 같이 기존의 커런트와 피크치는 같아보이지만 노이즈 성분의 주파수 스펙트럼을 보면 도 5b에 도시된 바와 같이 각 고조파 성분으로 분산되므로 직류전압 발생기에 의한 파워라인의 노이즈는 중첩되는 경우가 발생되지 않으므로 칩 전체에 분배되는 DC 레벨 노이즈 성분이 감소된다.

도 5a는 종래의 펌프 구동신호들을 Hamming Window를 통과시킨 후 주파수축에서 노이즈 성분대 고조파 성분을 분석한 것으로 DC 성분에 각각의 스펙트럼이 집중되어 있고 29번째 고조파 성분에 각각의 펌프 구동신호들의 노이즈 성분이 집중되는 것을 알 수 있다.

도 5b는 각각의 펌프 구동신호들의 노이즈 스펙트럼이 4, 9, 17, 29번째(62, 64, 66, 68) 고조파에 분산되는 것을 알 수 있다.

이것은 파워라인의 노이즈 스펙트럼을 분리할 수 있음을 나타낸 것이다.

본 발명에서는 VPP 발생기만을 한 예로 든 것으로, VBB 발생기를 복수개의 펌프 드라이버로 구성한 후 각각의 VBB 펌프 드라이버의 신호 주파수를 다르게 하여 피크 커런트 노이즈 발생을 억제할 수가 있으며, 또한 내부전압 발생기의 펌프 드라이버의 출력 주파수를 달리하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 On Chip Generator가 DC 전압을 발생시키는 중에 발생되는 커런트 노이즈의 영향을 시간축 뿐만 아니라 주파수축에서의 중첩을 방지하므로써 종래와 같이 위상차만을 갖는 펌프 드라이버 방식보다 안전하게 피크 노이즈를 분산시킬 수가 있다.

Claims (2)

1. 출력되는 직류전압을 감지하여 링 발진기를 통해 각 펌프 구동부를 구동하는 펌프 구동신호를 출력하는 N개의 펌프 구동신호 발생수단을 포함하는 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치에 있어서;

   파워라인의 노이즈를 감소시키기 위하여,

   상기 N개의 펌프 구동신호 발생수단은 상기 링 발진기의 출력신호의 펄스폭을 두배로 증가시키는 제1 펌프 구동신호 발생수단과,

   상기 제1 펌프 구동신호 발생수단의 출력 펄스폭을 두배로 증가시키는 제2 펌프 구동신호 발생수단과,

   상기 제2 펌프 구동신호 발생수단의 출력 펄스폭을 두배로 증가시키는 제3 펌프 구동신호 발생수단과,

   상기 제3 펌프 구동신호 발생수단의 출력 펄스폭을 두배로 증가시키는 제4 펌프 구동신호 발생수단과,

   제N-1 펌프 구동신호 발생수단의 출력 펄스폭을 두배로 증가시키는 제N 펌프 구동신호 발생수단을 구비함을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 펌프 구동신호 발생수단은 다수개의 티-플립플롭이 직렬연결되어 구성함을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 직류전압 발생장치.

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