KR100265609B1 - 주기변환형 고전압 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 오실레이터의 펌핑주기를 고전압 레벨에 따라 변화시키므로써 빠르게 고전압 레벨을 안정화시키고 불필요한 전력소모를 방지하며 파워 노이즈에 의한 칩의 오동작을 방지하기 위한 고전압 발생장치에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명의 제1 실시예는 오실레이터의 인에이블 상태를 알리는 파워업 신호에 의해 구동하여 고전압 레벨의 변화에 따라 아날로그적으로 변화하는 주기변환형 펌프회로 구동신호를 출력하는 주기변환 오실레이터와, 상기 주기변환형 펌프회로 구동신호에 의해 동작하여 상기 고전압 레벨을 임계전압 레벨로 펌핑을 시키는 고전압 펌프회로를 포함하여 구비하고, 이를 위한 본 발명의 제2 실시예는 오실레이터의 인에이블 상태를 알리는 파워업 신호에 의해 구동하여 백바이어스전압 레벨의 변화에 따라 아날로그적으로 변화하는 주기변환형 펌프회로 구동신호를 출력하는 주기변환 오실레이터와, 상기 주기변환형 펌프회로 구동신호에 의해 동작하여 상기 백바이어스전압 레벨을 임계전압 레벨로 펌핑을 시키는 백바이어스전압 펌프회로를 포함하여 구비하여 고전압 레벨의 변화 또는 백바이어스전압 레벨의 변화에 따라 아날로그적으로 변화하는 오실레이터의 주기변환신호를 발생시키므로써 원하는 레벨로 빠르게 안정화되고, 파워 노이즈에 의한 칩의 오동작을 방지하며, 회로를 간단히 설계할 수가 있어 레이아웃시 구성이 용이해지는 효과가 있다.

Description

주기변환형 고전압 발생장치

본 발명은 고전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 오실레이터의 펌핑주기를 고전압 레벨에 따라 변화시키므로써 빠르게 고전압 레벨을 안정화시키고 불필요한 전력소모를 방지하며 파워 노이즈에 의한 칩의 오동작을 방지하기 위한 고전압 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고전압 발생회로는 외부전원전압보다 높은 전압을 필요로하는 칩내의 회로에 높은 전압을 공급해주기 위해 사용된다.

예를들어, DRAM의 경우 워드라인 전압을 고전압으로 함에 따라 엔모스형 셀 트랜지스터의 문턱전압 Vt 손실이 존재하여도 비트라인선의 "하이" 데이터 전압 Vcc를 셀에 라이트할 수 있으며 리드시에는 충분한 데이터 전압을 비트라인에 전달할 수 있도록 워드라인 드라이버 회로에 이러한 고전압 발생회로가 사용된다.

또한, 전원전압이 5V에서 3.3V로 저전압화됨에 따라 출력 트랜지스터의 부하 구동능력이 저하된다.

출력 트랜지스터에는 특히 큰 전류가 흐르기 때문에 래치업이 일어나기 쉬운 CMOS 회로 대신 NMOS를 사용하는데 이에 의한 Vt 손실이 부하의 충전속도를 저하시키며 불충분한 Voh 레벨을 초래한다.

따라서 NMOS의 게이트 전압을 Vpp로 승압하여 부하를 충분한 Voh까지 고속으로 구동할 수 있게 하기 위해서 고전압 발생회로가 사용된다.

이러한 이유로 사용되는 고전압 발생회로에 있어서 기존에는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 액티브 상태시와 스탠바이 상태시 회로를 구분하여 사용함에 따라 회로가 복잡해져 레이아웃에 어려움이 존재한다.

또한, 펌프회로를 구동하기 위한 오실레이터의 출력주기가 고전압 레벨의 변화에 무관하게 일정하게 고정되어 있다(도 4b).

이는 고전압 레벨이 변화하여 떨어지게 되면 펌프회로가 동작하여 고전압을 공급하는데 이때 원하는 고전압 레벨 이상까지 올라갔다가 다시 떨어지는 언더 댐핑(Under Damping) 현상을 발생시킨다(도 4a).

따라서, 고전압 레벨이 안정화되는데는 많은 시간이 필요하고 또한 파워의 노이즈에 의한 칩의 오동작이 발생할 수 있는 요인이 된다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제 문제점을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 고전압 레벨의 변화에 따라 오실레이터의 펌핑주기를 변화시켜 펌프회로를 구동하므로써 고전압 레벨을 빠르게 안정화시키고 불필요한 전력소모를 방지하기 위한 주기변환형 고전압 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a는 종래기술에 따른 액티브 상태시 고전압 발생회로에 대한 블록도.

도 1b는 종래기술에 따른 스탠바이 상태시 고전압 발생회로에 대한 블록도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생회로에 대한 블록도.

도 3은 상기 도 2의 주기변환 고전압 오실레이터에 대한 상세회로도.

도 4a는 종래 고전압 발생회로에서 고전압 레벨에 따른 펌핑주기를 나타낸 것으로 고전압 레벨에 따라 펌핑주기가 일정하므로 임계고전압 레벨을 넘어 언더 댐핑(Under Damping)이 발생되는 관계를 보여주기 위한 그래프.

도 4b는 종래 고전압 발생회로에서 고전압 레벨에 따른 펌핑주기를 나타낸 것으로 고전압 레벨에 무관하게 펌핑주기가 일정함을 표시한 그래프.

도 5a는 본 발명에 따른 고전압 발생회로에서 고전압 레벨에 따른 펌핑주기를 나타낸 것으로 고전압 레벨에 따라 펌핑주기가 변하기 때문에 임계고전압 레벨에서 크리티컬 댐핑이 발생되는 관계를 보여주기 위한 그래프.

도 5b는 본 발명에 따른 고전압 발생회로에서 고전압 레벨에 따른 펌핑주기를 나타낸 것으로 고전압 레벨에 따라 펌핑주기가 변함을 표시한 그래프.

도 6은 종래기술에 따른 백바이어스전압 발생회로에 대한 블록도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백바이어스전압 발생회로에 대한 블록도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 주기변환 오실레이터 10-1 : 주기제어부

10-2 : 오실레이터

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 주기변환형 고전압 발생장치는 오실레이터의 인에이블 상태를 알리는 파워업 신호에 의해 구동하여 고전압 레벨의 변화에 따라 아날로그적으로 변화하는 주기변환형 펌프회로 구동신호를 출력하는 주기변환 오실레이터와,

상기 주기변환형 펌프회로 구동신호에 의해 동작하여 상기 고전압 레벨을 임계전압 레벨로 펌핑을 시키는 고전압 펌프회로를 포함하여 구비함을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 주기변환형 백바이어스전압 발생장치는 오실레이터의 인에이블 상태를 알리는 파워업 신호에 의해 구동하여 백바이어스전압 레벨의 변화에 따라 아날로그적으로 변화하는 주기변환형 펌프회로 구동신호를 출력하는 주기변환 오실레이터와,

상기 주기변환형 펌프회로 구동신호에 의해 동작하여 상기 백바이어스전압 레벨을 임계전압 레벨로 펌핑을 시키는 백바이어스전압 펌프회로를 포함하여 구비함을 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 제1, 제2 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고전압 발생회로의 블록도를 나타낸 것이다.

파워업 신호(/pwrup)에 의해 동작하여 고전압 레벨에 따라 아날로그적으로 변환하는 주기변환형 고전압 펌프회로 구동신호를 출력하는 주기변환 오실레이터(10)와, 상기 주기변환형 고전압 펌프회로 구동신호에 의해 펌핑동작을 하여 고전압 레벨을 임계전압점까지 끌어올리는 고전압 펌프회로로 구성된다.

여기서, 임계전압이란 편의상 정의한 것으로 고전압 레벨을 필요로하는 원하는 레벨까지 펌핑동작에 의해 끌어올리기 위한 전압을 말한다.

도 3은 상기 도 2에서 주기변환 오실레이터(10)에 대한 상세회로도이다.

이러한 주기변환 오실레이터(10)는 주기제어부(10-1)와 오실레이터(10-2)로 이루어진다.

주기제어부(10-1)와 오실레이터(10-2)는 이들을 별개로 분리할 시에는 공지의 기술로 본 발명은 이러한 공지의 기술을 상호 조합하여 아날로그적으로 고전압 레벨을 감지하도록 한 것이다.

상기 주기제어부(10-1)는 양단이 접지단에 연결되고 파워업 신호(/pwrup)에 의해 턴온되어 오실레이터(10-2)를 동작상태로 만들어주는 모스 트랜지스터로 이루어진 스위치부와, 고전압 레벨에 따라 턴온 사이즈를 달리하여 상기 주기제어부(10-1)의 출력단 전위레벨을 제어하는 커런트 미러 등으로 이루어진다.

상기 오실레이터(10-2)는 인버터 체인과 전원단과 상기 인버터 체인 피모스 사이에 연결되는 펄스폭 제어부와 상기 인버터 체인 엔모스와 접지단 사이에 연결되는 엔모스로 이루어진 펄스폭 제어부로 이루어진다.

이때, 주기제어부(10-1)의 출력단은 상기 엔모스로 이루어진 펄스폭 제어부의 게이트 단자에 연결된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 대한 동작을 살펴보면, 상기 주기제어부(10-1)의 출력단인 Node1은 고전압 레벨에 따라 선형적으로 변하고, 홀수개로 구성된 인버터 체인에 물려있는 엔모스의 게이트는 상기 Node1의 신호에 의해 제어된다.

따라서, 고전압 레벨이 감소하여 떨어지게 되면 상기 Node1의 전압레벨이 아날로그적(선형적)으로 상승하여 엔모스 트랜지스터를 많이 턴온시키고 이에 따라 흐르는 전류량이 증가하여 펌핑주기가 증가하게 된다.

이어, 고전압 레벨이 증가하여 임계전압점에 다다르면 상기 Node1의 전압레벨은 선형적으로 낮아져 엔모스 트랜지스터의 턴온 사이즈를 작게하여 흐르는 전류량을 감소시키므로 펌핑주기가 감소하게 된다.

이를 도 5a와 도 5b에 도시된 그래프를 참조로 살펴보면, 도 5a에 도시된 바와 같이 고전압 레벨이 서서히 감소하여 detect level에 이르면 펌핑주기가 빨라져 빠르게 고전압 레벨로 끌어올린다.

또한, 고전압 레벨에 따라 펌핑주기가 변화하기 때문에 임계전압점에서 펌핑동작은 정지되고 따라서 언더 댐핑은 일어나지 않는다.

도 5b에서 알 수 있듯이 고전압 레벨이 증가함에 따라 펌핑주기는 감소한다.

참고로, 도 6과 도 7에 도시된 백바이어스전압 발생회로에 있어서도 본 발명의 고전압 발생회로에 있어서와 마찬가지로 기존의 일정주기를 갖는 펌프회로 구동신호 대신 주기변환 오실레이터(10)를 이용하여 백바이어스 전압을 발생시키므로써 본 발명과 같은 동일한 목적을 달성할 수가 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 오실레이터의 펌핑주기가 고전압 레벨에 따라 변화하기 때문에 전력소모가 급격히 증가하여 고전압 레벨이 급격히 떨어지는 경우 펌핑주기가 빠르게 증가하여 고전압 레벨을 임계레벨로 안정화시키고 또한 고전압이 레벨이 원하는 임계레벨에 접근하면 펌핑주기를 느리게하여 언더 댐핑을 방지하므로 고전압 레벨이 빠르게 안정화되고, 파워 노이즈에 의한 오동작이 발생되지 않으며 회로를 단순화할 수 있어 설계면적이 줄어드는 효과가 있다.

본 발명은 고전압을 사용하는 모든 반도체 장치에 적용가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로 당업자라면 첨부된 특허청구의 범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims (5)

1. 오실레이터의 인에이블 상태를 알리는 파워업 신호에 의해 구동하여 고전압 레벨의 변화에 따라 아날로그적으로 변화하는 주기변환형 펌프회로 구동신호를 출력하는 주기변환 오실레이터와,

   상기 주기변환형 펌프회로 구동신호에 의해 동작하여 상기 고전압 레벨을 임계전압 레벨로 펌핑을 시키는 고전압 펌프회로를 포함하여 구비함을 특징으로 하는 주기변환형 고전압 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주기변환 오실레이터는 상기 파워업 신호에 의해 구동되고 상기 고전압 레벨을 감지하여 상기 고전압 레벨의 증·감에 따라 오실레이터의 주기를 제어하기 위한 아날로그적으로 변화하는 주기제어신호를 상기 오실레이터의 접지단에 연결된 엔모스 게이트 단자로 출력하는 주기제어수단과,

   상기 주기제어신호의 전압레벨에 의해 제어되어 상기 고전압 펌프회로를 구동하는 주기변환형 펌프회로 구동신호를 출력하는 오실레이터를 포함하여 구비함을 특징으로 하는 주기변환형 고전압 발생장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 주기제어수단은 상기 고전압 레벨을 감지하여 커런트 미러의 게이트 전위를 잡아주기 위한 모스 다이오드와,

   게이트가 동시에 상기 모스 다이오드의 출력단에 연결되어 상기 고전압 레벨과 출력단의 전위차를 감지하여 상기 출력단의 전위를 제어하는 커런트 미러와,

   상기 커런트 미러의 양단과 접지전압 단자 사이에 연결되고 상기 파워업 신호에 의해 턴온되어 상기 오실레이터를 동작상태로 만들어주는 스위칭 수단과,

   전원전압 단자와 상기 출력단 사이에 연결되어 상기 출력단의 전위를 원하는 레벨만큼 발생시키는 모스 트랜지스터를 포함하여 구비함을 특징으로 하는 주기변환형 고전압 발생장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 오실레이터는 최종단의 전위가 최선단으로 피드백되는 다수개의 인버터 체인과,

   상기 인버터 체인의 엔모스 트랜지스터와 접지전압 단자 사이에 연결되고 게이트가 상기 주기제어수단의 출력단에 연결되는 제1 펄스폭 제어수단과,

   상기 인버터 체인의 피모스 트랜지스터와 전원전압 단자 사이에 연결되고 게이트가 상기 주기제어신호에 의해 턴온되고 접지단에 연결된 모스 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되는 제2 펄스폭 제어수단을 포함하여 구비함을 특징으로 하는 주기변환형 고전압 발생장치.
5. 오실레이터의 인에이블 상태를 알리는 파워업 신호에 의해 구동하여 백바이어스전압 레벨의 변화에 따라 아날로그적으로 변화하는 주기변환형 펌프회로 구동신호를 출력하는 주기변환 오실레이터와,

   상기 주기변환형 펌프회로 구동신호에 의해 동작하여 상기 백바이어스전압 레벨을 임계전압 레벨로 펌핑을 시키는 백바이어스전압 펌프회로를 포함하여 구비함을 특징으로 하는 주기변환형 백바이어스전압 발생장치.

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